創(chuàng)新點：中國科學院上海光學精密機械研究所吳衛(wèi)平研究員課題組通過納秒激光直寫，實現(xiàn)了成型多孔碳材料的石墨烯轉化，同時通過形成圖案化微納三維多孔結構，顯著增強了材料對太陽光的吸收，實現(xiàn)了更有效的傳質及熱管理，標準太陽光下（1 kW m?2）水蒸發(fā)速率達1.74 kg m?2 h?1。

關鍵詞：納秒激光，多孔石墨烯，太陽能光熱，界面蒸發(fā)

近年來，基于微觀表界面效應及局域化熱量調控理論，成功實現(xiàn)低能量密度太陽光的高效捕獲并用于光熱界面蒸發(fā)，為低碳清潔能源的捕獲和高效利用提供了新的思路。納米多孔碳材料具有寬光譜吸收能力和高比表面積等優(yōu)勢，是太陽能光熱界面蒸發(fā)的理想材料，但已報道的碳材料仍然面臨傳質受限、光吸收轉化效率低等方面的問題，難以用于更高效率的界面蒸發(fā)。

中國科學院上海光學精密機械研究所的吳衛(wèi)平研究員課題組，針對這些問題，提出并實現(xiàn)了納秒激光在生物質成型多孔碳表面直接制備圖案化三維多孔石墨烯，并對其光熱局域性界面蒸發(fā)進行了系統(tǒng)研究。通過納秒激光在成型多孔碳表面掃描，使碳材料升華，形成了具有納米結構的多孔石墨烯陣列，同時制備了太陽能光熱蒸發(fā)器件，實現(xiàn)了增強的寬光譜吸收，太陽能轉化效率達到98.7%，作為封面論文發(fā)表在Advanced Materials Technologies雜志上。

石墨烯具有高熱導率、高電導率，高機械強度等方面的獨特優(yōu)勢，正被廣泛研究并逐漸應用于能源、光電器件、熱管理、復合材料、防腐等領域，是一種非常具有應用潛力的二維材料。具有特殊形貌的圖案化或者微納陣列結構的多孔石墨烯，將進一步擴展其應用領域。中科院上海光機所研究團隊利用納秒激光表面掃描的方式，簡單、高效、低成本實現(xiàn)了生物質碳到圖案化多孔石墨烯的轉變，形成有序石墨烯陣列結構，并采用同步輻射疊層X射線斷層照相技術（Synchrotron X-ray ptychography）對材料的微納結構進行了表征。經過激光處理的碳材料，表現(xiàn)出更高的光學吸收能力，能有效將光能吸收并限制在表面薄層并有助于更優(yōu)的熱量管理。此外，石墨烯具有的多孔疏松結構和高比表面積等特征，加速了水分子的傳質和蒸發(fā)。納秒激光處理碳這一新方法，實現(xiàn)了圖案化多孔石墨烯的環(huán)保、低成本、高效制備，為高效率太陽能光熱界面蒸發(fā)提供了新的解決方案。

WILEY

論文信息：

Nanosecond Laser Patterned Porous Graphene from Monolithic Mesoporous Carbon for High-Performance Solar Thermal Interfacial Evaporation

Fenghua Liu, Deyuan Lou, Enkang Liang, Yunjiao Gu, Zan Wang, Xiaowen Shi, Robert Bradley, Binyuan Zhao*, Weiping Wu*

Advanced Materials Technologies

DOI: 10.1002/admt.202101052

Advanced

Materials

Technologies

期刊簡介

Advanced Materials Technologies創(chuàng)刊于2016年4月， 是一本刊載技術相關的銜接材料科學和實際應用的高質量期刊，著重于基于新材料的先進工程、器件設計和新技術。Advanced Materials Technologies于2017年初被Web of Science收錄，最新的影響因子為5.969。