[發明專利]一種基于柚子皮具有仿生分形結構的碳基材料的制備方法及產品和應用

有效

• 申請號: 202010692831.5
• 申請日: 2020-07-17
• 公開（公告）號: CN111747747B
• 公開（公告）日: 2022-03-18
• 發明（設計）人: 李猛;耿陽;應佩晉;鄭玉杰;陳珊珊;孫寬
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: C04B35/52
• 分類號: C04B35/52;C04B38/00;C04B41/83;C02F1/14
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 趙榮之

本發明涉及一種基于柚子皮具有仿生分形結構的碳基材料的制備方法及產品和應用，屬于材料技術領域。該方法為：將柚子皮經浸泡、冷凍干燥后進行碳化處理，獲得碳化柚子皮，對所述碳化柚子皮表面進行沖孔處理，獲得具有若干盲孔的碳化柚子皮，最后通過電化學沉積法在所述具有若干盲孔的碳化柚子皮的表面沉積制備聚吡咯納米線簇，即可。該材料光譜吸收率高達98％，其上水的蒸發速率高達1.945kg/m²·h，且具有較高的穩定性，可以作為光熱轉換材料被廣泛用于太陽能熱利用領域，特別是太陽能蒸餾裝置的制備。該材料制備方法簡單，易操作，且原料易得，成本低，適合擴大化生產。

技術領域

本發明屬于材料技術領域，具體涉及一種基于柚子皮具有仿生分形結構的碳基材料的制備方法及產品和應用。

背景技術

全息生物學揭示了自然界中普遍存在自相似現象，例如從樹木上任取一個小分支觀察都與整體形態相似，云團中任意一小部分都與整體有相同的特征，數學分支中的分形理論描述了這種自相似。分形理論在藝術和建筑領域有廣泛的應用，具有分形結構的仿生材料往往在光學、電學性質，機械性能方面有較大的改善。

碳基材料因其優秀的化學穩定性和優異的光熱轉換特性在太陽能蒸餾技術海水淡化領域具有廣闊的應用前景。然而，目前許多具有高光熱轉換效率的熱門碳材料(如石墨烯，碳納米管等)制備成本高昂，不利于規模化應用。其次，材料的內部結構是影響其太陽能光譜吸收率和蒸發性能的重要因素，因此一種價格低廉且結構合理的碳材料將有極大潛力成為理想的光熱轉換材料。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的之一在于提供一種基于柚子皮具有仿生分形結構的碳基材料的制備方法；目的之二在于提供一種具有仿生分形結構的碳基材料；目的之三在于提供具有仿生分形結構的碳基材料作為光熱轉換材料的應用；目的之四在于提供具有仿生分形結構的碳基材料在制備光熱轉化裝置中的應用。

為達到上述目的，本發明提供如下技術方案：

1、一種基于柚子皮具有仿生分形結構的碳基材料的制備方法，所述方法如下：

將柚子皮經浸泡、冷凍干燥后進行碳化處理，獲得碳化柚子皮，對所述碳化柚子皮表面進行沖孔處理，獲得具有若干盲孔的碳化柚子皮，最后通過電化學沉積法在所述具有若干盲孔的碳化柚子皮的表面沉積制備聚吡咯納米線簇，即可。

優選的，所述浸泡具體為：于水中浸泡5-12h。

優選的，所述冷凍干燥的時間為48-96h。

優選的，所述碳化處理具體為：于500-900℃，保護氣氛下熱處理1.5-3h。

優選的，所述盲孔為柱形孔，錐形孔或上部為柱形孔、下部為錐形孔。

優選的，所述盲孔為圓柱形孔時，孔的深徑比為1-4。

優選的，所述盲孔為階梯盲孔。

優選的，通過電化學沉積法在所述具有若干盲孔的碳化柚子皮的表面沉積制備聚吡咯納米線簇的方法如下：

將Na₂HPO₄、NaH₂PO₄、對甲苯亞磺酸鈉和吡咯單體加入水中，混勻后獲得電解液，以具有若干盲孔的碳化柚子皮為工作電極，金屬Pt為對電極，飽和甘汞為參比電極，電沉積，即可。

優選的，所述電沉積具體為：在0.8-1.1V的恒電壓下電沉積0.5-1h。

優選的，所述電解液中Na₂HPO₄、NaH₂PO₄、對甲苯亞磺酸鈉和吡咯單體的濃度依次為0.15-0.25mol/L、0.2-0.3mol/L、0.05-0.15mol/L、0.05-0.15mol/L。