中科院宁波材料所刘小青团队《ACS Nano》：在树脂基碳材料制备上取得新进展

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生物基高分子材料具有节约石化资源和保护环境的双重功效，是当前学术界和产业界同时追逐的热点之一。但是目前的研究和开发工作主要集中于热塑性材料，对于生物基热固性树脂的研究则相对较少。和石油基热固性树脂一样，生物基热固性树脂在固化交联之后，同样面临着难降解、难回收的问题，如何实现其全寿命周期绿色化以及可持续发展具有重要的意义。

中科院宁波材料所刘小青研究员基于自己多年的生物基热固性树脂研究经验（Progress in Polymer Science, 2021,113,101353），提出开发生物基材料的本质是为了实现对生物碳的高效利用。为了实现生物基热固性树脂在使用之后的再次高附加值利用，他们尝试着利用激光烧蚀的方法，将高性能生物基热固性树脂转化为功能性碳材料（Carbon, 2020, 163, 85-94；Carbon, 2021, 183, 600-611），拟完成从“生物碳”到“生物基树脂”再到“功能化碳”的闭环转化。

近日，受自然界中具有极高太阳光利用效率的针叶森林结构启发，该团队通过碳材料多级结构调控，构建了一种由多孔石墨烯“树”密排列成的三维石墨烯薄膜（Forest-like LIG）。这种独特的多级结构使得入射光在“树”之间以及“树枝”之间进行多次反射，显著减小了石墨烯的光反射。结合石墨烯本身的光热特性，Forest-like LIG在太阳光全波长范围内表现出优异的吸光率（平均吸光度达到99%）和光热转换性能（在一个太阳光强度的氙灯照射下平衡温度达到90.7 ± 0.4 °C）。

图1. 树林状LIG的微观形貌和结构表征

同时因为Forest-like LIG独特的化学性质及表面微纳结构，材料表现出超疏水性能。基于这两种特性，该团队对Forest-like LIG在光热驱动以及海水淡化领域的应用进行了演示。光热驱动器F-actuator表现出极短的响应时间，高的运动速度，灵活的运动路径和运动方式可设计性；基于Forest-like LIG所构建的双层太阳能界面海水淡化薄膜表现出高的太阳能利用效率以及优异的排盐性质。这揭示了Forest-like LIG在光热领域巨大的应用潜力。

图2. 双层太阳能界面海水淡化膜的海水淡化效率以及排盐性能

相关成果以“Forest-Like Laser-Induced Graphene Film with Ultra-High Solar Energy Utilization Efficiency”为题在材料领域Top期刊《ACS Nano》上在线发表。彭云燕博士为论文的第一作者，刘小青研究员为通讯联系人。项目得到了国家万人计划，浙江省万人计划，国家自然科学基金，浙江省杰出青年基金和宁波市自然科学基金的支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1021/acsnano.1c06277 

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