神奇石墨烯氣溶膠“薄膜”可實現光熱轉換效率達94%
發布者:lzx | 來源:楚天都市報 | 0評論 | 1048查看 | 2019-05-27 09:19:38    

王賢保,博士生導師,現任湖北大學材料科學與工程學院院長,教育部“功能材料綠色制備與應用”重點實驗室主任。在石墨烯等碳納米材料的可控性制備、性能、化學修飾及在能源、環境監測等領域的應用開展了系統研究工作,先后在權威國際期刊上發表論文150余篇。


萬物生長靠太陽,科學家們一直在研究如何高效利用太陽能。近日,記者從湖北大學獲悉,該校材料科學與工程學院的王賢保教授團隊利用碳基材料,開發太陽能水蒸汽技術,可快速將冷水變成蒸汽,將太陽能光熱轉換效率提高到九成,在海水淡化等領域有廣泛的應用前景。不久前,這項研究還登上了英國著名化學新聞雜志《化學世界》。


巧用石墨讓冷水直接變水蒸汽


“不需要把水燒至沸騰,也能產生水蒸氣,原料只是普通的石墨粉。”湖北大學材料科學與工程學院院長王賢保表示,科學家們一直在想辦法利用太陽能,石墨烯等碳基材料正是近年來的研究熱點。


普通的太陽能光熱轉換采用的是太陽能集熱管的方式,像太陽能熱水器的利用效能只有20%。”王賢保發現,石墨烯氣溶膠在陽光下,可以將水汽化成水蒸汽,而且本體水的溫度遠低于其沸點。“現有的太陽能海水淡化技術,要蒸發海水收集蒸汽,太陽能利用效率低;反滲透膜分離淡化法耗能低,但海水預處理要求高,工程造價和運行成本高。我們的石墨烯氣溶膠要簡單高效得多。”


反復試驗后,王賢保團隊將石墨烯氣溶膠制備成一張神奇的“薄膜”,不僅可以隨波漂浮在水面上,在模擬太陽光條件下,水蒸發速率可以提高13倍,“薄膜”附近水體溫度最高也只有45°C。“這種漂浮的石墨烯光熱轉換效率高達94%,而傳統商業光伏電池的能量轉換效率僅為10-20%。”


這項技術受到了多方關注,日本國立材料研究所光電子納米工程學研究員評論稱,王賢保教授團隊用一個簡單的方法構筑出高效的太陽能吸收材料,并且可以實現規模化生產。


高貢獻度背后是不斷試錯


在湖北大學,王賢保是該校ESI貢獻度最高的教授之一,發表在國際期刊上的論文被SCI引用1800余次,他引1500余次。


與材料打了20多年交道,王賢保覺得越做越有意思。“挑選出最適合的材料,是個不斷試錯的過程,考驗著科研人員的智慧與毅力。”在他看來,只有顛覆性技術才能不被“卡脖子”。


比如在太陽能蒸汽技術上,王賢保團隊一開始是把貴金屬納米顆粒分散在水體中,但是效果不理想、成本也高;后來課題組做了氧化石墨烯與貴金屬結合的納米流體,但是回收困難也容易造成二次污染;多方試驗后,確定了三維材料石墨烯氣溶膠;最后,他們創新制備出漂浮式“薄膜”。


研究生劉行航難忘炎熱的夏季,王賢保帶著學生們在教學樓頂制備了一個微型設備觀測。鋪著瀝青的樓頂溫度飆升,他們卻雷打不動地記錄了兩個月,考察技術的實際效果。“很辛苦,王老師白天有繁重的行政工作,只能晚上給學生上課,周末召集課題組開會,他總能啟發我們不斷改進。”


如今,這項技術已經申請了10項國家發明專利,其中5項獲得授權,獲得多項了具有自主知識產權的先進太陽能蒸汽技術。“現在還在開發新型光熱材料,對技術和設備不斷進行完善,將來可以用到太陽能光熱發電、海水淡化、污水處理、醫療消毒等領域。”王賢保對前景充滿信心。

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