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本文介紹了一種由還原的氧化石墨烯（RGO）納米片和稻草衍生的纖維素纖維和藻酸鈉（SA）制備的3D光熱氣凝膠，可用于產(chǎn)生太陽蒸汽。

使用稻草纖維作為支持物可將對較昂貴的RGO的需求減少43.5％，將稻草的生物質(zhì)廢棄物轉(zhuǎn)化為增值材料。稻草纖維和RGO的整合顯著增強了獲得的光熱RGO-SA-纖維素氣凝膠的柔韌性和機械穩(wěn)定性。

光熱氣凝膠顯示96-97％的強寬帶光吸收。在產(chǎn)生太陽能蒸汽期間，3D光熱氣凝膠有效地減少了輻射和對流能量損失，同時增強了從環(huán)境中收集能量的能力，從而導(dǎo)致2.25kgm^–2h^–1的極高蒸發(fā)速率，對應(yīng)于1.0太陽輻射下的能量轉(zhuǎn)換效率為88.9％。實際海水蒸發(fā)過程中收集的凈水鹽度僅為0.37ppm。該材料環(huán)保且具有成本效益，在現(xiàn)實世界的海水淡化應(yīng)用中顯示出巨大潛力。

圖1（a）稻草生物質(zhì)被用作原料來制備3D多孔光熱氣凝膠。（b）經(jīng)過水熱處理的纖維素纖維懸浮液，（c）冷凍干燥后的最終純纖維素氣凝膠。（d）RGO納米片的透射電子顯微鏡（TEM）圖像。（e）Ca2+交聯(lián)后得到的RGO-SA-纖維素氣凝膠的照片（f）和不同高度的RGO-SA-纖維素氣凝膠的照片。（g-i）RGO-SA-纖維素氣凝膠在三個不同放大倍數(shù)的SEM圖像，以及RGO-SA-纖維素氣凝膠的元素圖（j）。純纖維素氣凝膠（l）和RGO–SA–纖維素氣凝膠（m）的XPS調(diào)查掃描（k）和高分辨率C1s光譜。

圖2.支持RGO-SA-纖維素氣凝膠的花朵的數(shù)碼照片（a）和去除氣凝膠樣品后的同一朵花朵的數(shù)碼照片（b）。將RGO-SA-纖維素氣凝膠浸入水中并在第1天（c）超聲處理5分鐘，然后在水中浸泡24小時，然后在第2天（d）超聲處理5分鐘后的照片。數(shù)碼照片顯示了濕潤的RGO-SA-纖維素氣凝膠對206g的拉力的機械穩(wěn)定性（e）。通過1kg重量壓縮之前（f），期間（g）和之后（h）RGO-SA-纖維素氣凝膠的照片。

圖3.純纖維素氣凝膠以及干濕RGO-SA-纖維素氣凝膠的吸收光譜（a）。產(chǎn)生太陽能蒸汽的測試裝置的數(shù)碼照片（b，c），光熱氣凝膠吸收水滴的延時快照（d），以及從棉棒到光熱氣凝膠的時間依賴性水傳輸（e），其中白色虛線表示光熱氣凝膠表面上干濕區(qū)域之間的邊界。

圖4.太陽熱蒸發(fā)過程中收集的原始海水和冷凝蒸汽中的離子濃度（a）。在1.0陽光照射下，高度為3cm的RGO–SA–纖維素氣凝膠的循環(huán)蒸發(fā)性能（b）。

圖5.數(shù)字照片顯示了吸水前（a）和吸水后（b）光熱氣凝膠的重量變化，以及在1.0以下的RGO-SA-纖維素氣凝膠（高度3cm）中隨時間的重量損失陽光照射（c）。

從稻草中提取的纖維素纖維用作3D光熱RGO-SA-纖維素氣凝膠的骨架支撐。包含稻草纖維顯著增強了所產(chǎn)生的光熱氣凝膠的柔韌性和機械穩(wěn)定性，并且還減少了展現(xiàn)高光熱效率所需的昂貴RGO的數(shù)量。獲得的具有親水性多孔結(jié)構(gòu)，重量輕，寬帶吸收強，機械穩(wěn)定性和柔韌性優(yōu)異的RGO-SA-纖維素氣凝膠隨后成功地用作太陽能蒸汽發(fā)生器。增加光熱氣凝膠的高度，降低頂部和側(cè)面蒸發(fā)表面的溫度，減少輻射和對流損失，并從周圍環(huán)境中獲得更多能量。

此外，為評估海水淡化的可行性，實際海水的光熱蒸發(fā)表明，通過太陽蒸發(fā)可以降低鹽度，以輕松滿足WHO和USEPA設(shè)定的清潔飲用水標準。由于其超親水性，RGO-SA-纖維素氣凝膠的吸水能力是其自重的20倍以上。對于3厘米長的光熱氣凝膠，所吸收的水足以在1.0次太陽照射下連續(xù)8h連續(xù)進行太陽能蒸發(fā)而無需外部供水，這使其成為可用于便攜式太陽能熱脫鹽系統(tǒng)的有希望的材料。