【研究背景】
太阳能驱动的界面蒸发与水力发电技术的结合是缓解能源危机和淡水短缺的一种有希望的方法。然而，构建具有高性能淡水和电力热电联产的低成本蒸发器并揭示热电联产机制仍然是一个巨大的挑战。在此，我们报告了通过盐辅助碳化策略将废聚己内酯绿色转化为石墨烯，并构建了一种用于淡水和电力联产的柔性双功能石墨烯蒸发器。石墨烯呈现出典型的褶皱结构，边缘弯曲，由7-8层不连续的富含含氧基团的层组成。石墨烯基蒸发器具有优异的阳光吸收率（98%）、光热转换性能、良好的水传输能力、低的水蒸发焓和0.06 W m-1 K-1的低导热系数。蒸发器不仅表现出显著的水蒸发率（2.92 kg m-2 h-1），而且实现了310 mV的最大输出电压，超过了许多先前报道的蒸发器/发电机。分子动力学模拟的结果证明了H+和OH-在水和石墨烯中的扩散差异，这最终导致了电压的产生。这项工作不仅有助于改善废塑料的升级循环，实现碳中和，还将为淡水和电力的共同发电开辟一条途径。
目前，该文以“Green conversion of waste polyester into few-layer graphene for interfacial solar-driven evaporation and hydroelectric electricity generation”为题在《Journal of Cleaner Production》上发表。文章通讯作者为华中科技大学龚江研究员。
【文章解读】
图1. 材料的制备。
图2. 光热界面蒸发性能。
图3. 户外水收集性能。
图4. 水伏发电性能。
【文章总结】
通过盐辅助碳化策略将废聚己内酯转化为石墨烯。石墨烯包含7-8层，具有弯曲的边缘和富含含氧基团的不连续结构。石墨烯基混合蒸发器具有高的阳光吸收率（98%）、良好的光热转换性能、高的水传输能力、低的水蒸发焓和0.06 W m−1 K−1的低导热系数。由于这些优点，蒸发器的水蒸发率很高（2.92 kg m−2 h−1），超过了许多先进的光热材料。在户外太阳能驱动的淡水生产中，累计产水量达到4.9 kg m−2，1 m2蒸发装置提供的产水量满足两个成年人的基本日常需求。此外，蒸发器实现了310 mV的最大输出电压和250 nA的电流。根据分子动力学模拟的结果，H+和OH-之间的扩散差异最终导致了电压的产生。这项工作不仅促进了废塑料的回收利用，还为淡水和电力联产设备的制造提供了一个新的平台。
【文献来源】
https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2024.143960
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