[發明專利]一種碳點基光熱轉化材料的制備方法

有效

• 申請號: 201811209723.7
• 申請日: 2018-10-17
• 公開（公告）號: CN109266315B
• 公開（公告）日: 2020-11-03
• 發明（設計）人: 胡勝亮;薛超銳;常青;李寧;楊金龍
• 申請（專利權）人: 中北大學
• 主分類號: C09K5/14
• 分類號: C09K5/14
• 代理公司: 山西五維專利事務所(有限公司) 14105
• 代理人: 雷立康

本發明提供了一種在木頭的微觀孔道內碳點基光熱轉化材料的制備方法，該方法用木材作為光熱轉化材料的多孔載體，經過7個步驟制備獲得碳點基光熱轉化材料。采用本發明公開方法得到的光熱轉化材料驅動太陽能蒸發水的性能優于已報道的貴金屬及半導體納米顆粒、碳納米管與石墨烯類光熱轉化材料，具有能吸收紫外?可見?紅外整個太陽光譜的光，碳點基光熱轉化材料可反復利用等優點。

技術領域

本發明屬于能源利用及納米材料技術領域，具體涉及一種碳點基光熱轉化材料的制備方法。

背景技術

淡水是人類賴以生存的保障，但是地球上的淡水資源卻極為短缺，因而人們希望通過海水淡化、污水清潔處理等技術來解決這一問題。因此，利用取之不盡、用之不竭的太陽能，采用光-熱轉化蒸發水的方式純化污水或淡化海水成為當前最經濟和節能的技術。太陽能驅動水蒸發技術的關鍵是要有高效的光熱轉化材料并能降低或消除蒸發過程的熱損失，以實現高效率的太陽能利用。通常，當太陽能直接照射在水面氣化水時，因為熱量流失到周圍環境中，大量能量會被浪費掉了，因此，太陽能-水蒸氣的效率非常低。當有光熱轉化材料作為媒介時，太陽能的光能會快速轉化為熱能，從而使固液界面水快速蒸發，使得太陽能-水蒸氣的效率大幅提升。目前，已發展的光熱轉化材料有貴金屬納米顆粒、半導體納米結構、碳質納米材料(如石墨烯及其氧化物、碳納米管)及其它們的復合結構等。這些材料不僅制備成本高，而且在太陽光照射下水的蒸發率及太陽能的轉化效率仍比較低。因此，開發低成本、穩定的并具有高效太陽能-水蒸汽效率的光熱轉化材料仍是當前該領域內的緊迫技術問題。

熒光碳點不僅制備低成本、綠色，而且含有豐富的表面官能團。隨著溶劑的減少，碳點通過表面官能團的相互作用可以實現組裝。因為碳點的能帶結構主要決定于表面態，其顆粒間的組裝會誘發新的界面態，所以會導致能帶結構發生改變，促使非輻射復合概率增加，從而有利于吸收的光能以熱能形式釋放。此外，從在晶體結構上看，由細小的碳點形成的組裝體為長程無序結構，與結晶好的石墨烯、碳納米管等相比，具有更好的絕熱性，從而利于減少熱能在材料內部的消耗，作為光熱轉化材料更具有優勢。

多孔結構通過毛細作用能把液態水源源不斷抽送到孔道內的熱源區域，實現局部區域快速加熱的目的，從而有利于驅動太陽能蒸發水，提高太陽能的利用效率。樹木在生長過程中需要微觀通道傳輸離子、水等物質，所以木材本身就具有天然的微觀豎直孔道。木材是一種綠色、可再生資源，用它作為光熱轉化材料的多孔載體不僅可極大降低生產成本，而且因其低的導熱系數還能進一步降低太陽能-水蒸氣過程中的熱能損耗。

發明內容

本發明提供了一種在木頭的微觀孔道內碳點基光熱轉化材料的制備方法，該方法用木材作為光熱轉化材料的多孔載體，不僅可極大降低生產成本，而且進一步降低了太陽能-水蒸氣過程中的熱能損耗。

一種碳點基光熱轉化材料的制備方法采用以下步驟：

步驟1把干燥的木材沿垂直生長方向加工成厚度為5-6mm的木片，然后將木片放入0.8-1.3mol/L的次氯酸鈉溶液內，在30-40℃浸泡60-80min；

步驟2配置氫氧化鈉和雙氧水的混合溶液，混合溶液中氫氧化鈉的濃度為1.2-2.0mol/L，雙氧水的濃度為3.4-4.0mol/L；

步驟3把步驟1處理后的木片浸入到步驟2配置好的混合溶液內，在70-85℃下用28KHz超聲波處理60-80min；

步驟4將步驟3處理后的木片取出，在室溫下將其放入去離子水中用28KHz超聲清洗，測量清洗后去離子水的pH值，更換新的去離子水，多次清洗，直至清洗后去離子水的pH＝7-8，再冷凍干燥12小時以上去除木片內的水分；

步驟5配置乙醇與乙二醇混合溶劑，乙醇與乙二醇的體積比為1.1-0.6；

步驟6把碳點粉分散到步驟5配置的混合溶劑內獲得碳點溶液，碳點溶液的碳點濃度為25-50g/L；