山东第一医科大学研发出超弹性3D组装粘土/石墨烯气凝胶

成果简介

本文，山东第一医科大学李晨蔚教授、丁美春副教授与中科院化学所刘琛阳研究员等研究人员在《Adv.Sci》期刊发表名为“Superelastic 3D Assembled Clay/Graphene Aerogels for Continuous Solar Desalination and Oil/Organic Solvent Absorption”的论文，研究以低成本商用泡沫为可牺牲模板，制备了超弹性、任意形状和可三维组装的粘土/石墨烯气凝胶 (CGAs)用于太阳能脱盐和有机溶剂吸附。粘土(凹凸棒土 (ATP), 锂藻土 (LAP), 蒙脱土 (MTT))是储量丰富的矿物。

在本工作中，粘土在构建CGAs网络中发挥了重要作用，使石墨烯的用量减少了50%，从而降低了CGAs的成本。所得的CGAs显示出超弹性，在95%的应变下，压缩强度为0.09-0.23 MPa。可以通过引入不同种类的粘土调整CGAs的亲/疏水性。疏水性的CGAs显示出很高的油/有机溶剂吸收能力，并在循环使用中表现出稳定的吸附性能。此外，研究人员还设计了三维组装的亲水CGA可以用于高效太阳能除盐。这种设计有效地促进了能量回收和盐水运输管理， CGA系统在处理高浓度（20 wt.%）盐水时，表现出极高的蒸发速率（4.11 kg m-2 h-1）。在1个太阳光强下连续照射36小时，样品表面没有盐沉积。通过定期挤压和干燥盐收集器中的溶液，可以方便地收集盐分。这项工作为三维组装的CGAs的设计提供了新的见解，并推动了它们在连续太阳能脱盐和高效石油/有机溶剂吸附中的应用。

图文导读

图1. CGA的制备过程示意图以及不同形状CGAs的外观图

图2、a) AGA, b) LGA, 和 c) MGA的SEM图像。d) AGA, e) LGA, 和 f) MGA的TEM图像。g) AGA, h) LGA, 和 i) MGA的XRD图。j) AGA, k) LGA, 和 l) MGA的FTIR光谱。

图3. CGAs的力学性能测试

图4. 溶剂吸附性能

图5. 三维组装太阳能蒸发器的设计与制备

图6. 三维组装太阳能器件的性能测试

小结

这项工作为三维装配式CGAs的设计提供了新的见解，并推动了其在连续太阳能脱盐和高效石油/有机溶剂吸附方面的应用。

文献：

https://doi.org/10.1002/advs.202205202