湖北大学王贤保教授团队Sci. China Mater.综述：具有高效光热转换性能的碳基纳米复合材料
【引言】
光热转换产生水蒸汽是一种高效的、全新的太阳能利用方式，在污水处理和海水淡化等领域具有广泛的应用前景。碳材料具有很高的吸光率和光热转换效率，而且相比于金属纳米颗粒，其来源广泛且易于加工。因此，碳基材料作为太阳能水蒸汽产生装置的研究成为近年来研究的热点。
【研究成果】
近日，湖北大学王贤保教授团队在Science China Materials上发表了题为“Carbon nanocomposites with high photothermal conversion efficiency”的研究进展论文。文章总结了该团队近几年在光热转换材料领域的研究进展，介绍了光热转换的发展以及用作太阳能水蒸汽产生系统的吸光材料的前景，并进一步深入讨论了碳基纳米复合材料（碳纳米管，石墨烯）作为太阳能水蒸汽产生装置的研究成果。
【图文导读】
碳基材料太阳能产生装置
首先，文章列举了基于碳材料的太阳能蒸汽产生装置包括无定形碳（木头，蘑菇等）、石墨、炭黑等。
碳纳米复合材料太阳能产生装置
纳米碳材料（碳纳米管，石墨烯）不仅具有较高的吸光性能，并且有优良的物理化学性能以及热稳定性，可以满足于各种环境下的使用。文章重点概述了碳纳米管，石墨烯基太阳能蒸汽产生装置的研究进展。但是，碳纳米管和石墨烯纳米流体不仅存在回收困难以及易造成二次污染等问题，高热量的损失导致其低的光热转化效率也是阻碍其发展的主要原因。
图2 (a) 碳纳米管纳米流体；(b) 四氧化三铁@碳纳米管纳米流体
漂浮结构太阳能蒸汽产生系统不仅可以实现高的光热转换效率，其重复使用性同样是实际应用所必需的，因此漂浮结构的太阳能蒸汽系统成为目前研究的热点。漂浮结构系统主要的形式是上层为吸光材料的气凝胶和薄膜。
图3 碳纳米管太阳能蒸汽产生装置 (a) 木头基底；(b) 纤维素纳米纤维气凝胶基底
图4 (a) 氧化石墨烯；(b) 还原氧化石墨烯薄膜的太阳能蒸汽产生装置
【结论与展望】
碳纳米复合材料作为太阳能蒸汽技术的关键材料，可广泛应用于太阳能光热发电、海水淡化、污水处理、医疗消毒等领域。基于前期的研究，漂浮式太阳能蒸汽产生装置易于满足高性能光热转换要求。该综述认为，尽管现在科学家们在碳基纳米复合材料的光热领域应用研究上取得了大量喜人的成就，但是，该纳米复合材料在光热领域的应用仍然处于初期的发展阶段，面临着各种挑战和机遇。除了提高太阳能转换装置的光热转换效率，未来应该需要考虑以下几个方面：简易的制备工艺流程以降低制备成本；提高装置的重复使用性；化学稳定性等以满足各种使用环境；便携性以满足日常使用，以及适用于工业的大批量生产。
相关工作得到国家重点研发计划 (2016YFA0200200)、武汉纺织大学纺织纤维及制品教育部重点实验室开放课题基金（FZXW006）等项目的支持。
博士生张骞为第一作者，王贤保教授为通讯作者。该工作得到武汉纺织大学徐卫林教授的大力支持。
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本文由王贤保教授课题组撰稿，特此感谢，SCMs实习编辑吴禹翰编辑。