新材料：新型纤维素基太阳能光热转化材料

　　纸浆泡沫是廉价、环保的新型多孔材料。它以纸浆纤维为原料，利用表面活性剂在纸浆纤维分散液中常温常压空气发泡，同时，泡沫可阻止纤维液相絮聚以及干燥坍缩，从而形成均匀的多孔结构，滤水干燥后制得泡沫材料。科研人员前期借助硼离子交联和引入适量天然聚合物，开发出可实现功能性定制化加工的新型纸浆泡沫材料（Chem. Eng. J., 2019, 371, 34-42；Carbohydr. Polym., 2022, 278, 118963），在新型绿色包装、建筑、保温隔热和吸音等领域颇具应用前景。 

 

　　为了进一步提高纸浆泡沫材料的抗水性，研究人员引入天然橡胶作为交联剂，采用简易的表面碳化工艺赋予碳化后的纸浆泡沫材料（CPNR）优异的光热转化效果。CPNR由顶部的光热转换层及下部的纸浆泡沫层组成，无需界面粘合或改性处理。顶部光热转换层具有优异的光吸收能力（93.2%），可以吸收入射的太阳光并通过光热转换作用将其转化为热量，从而驱动水分蒸发。下部的纸浆泡沫层可以将水分由底部传导运输至顶部光热转换层。同时，CPNR的多孔结构、低导热性（0.1 W mK-1）和丰富的羟基结构，使其具有优异的隔热和吸水性能（9.9 g g-1）。本研究制备的CPNR在模拟太阳光照强度下，水蒸发速率和效率分别达到1.6 kg m-2 h-1和98.1%。此外，CPNR具有优异的盐分自清洁与防止盐分累积的性能，并采用来源广泛的纤维素及简单的表面碳化工艺，使其成本效益显著优于现有的光热转化材料。模拟实验证实，新型纤维素基光热转化材料可用作水蒸发器，并有望用于海水淡化、盐/金属离子浓缩和污水处理等领域。 

 

　　近日，相关研究成果发表在《美国化学会-应用材料与界面》（ACS Appl. Mater. Inter）上。研究工作得到国家自然科学基金、山东省自然科学杰出青年基金、山东能源研究院和青岛市等的支持。该工作由青岛能源所和加拿大湖首大学共同完成。