[发明专利]一种具有高光热转换效率的多孔炭材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种多孔炭材料的合成方法及其光热转换应用。首先将铜盐与有机配体按照比例混合，通过水热合成的方法制备有机金属骨架(MOFs)材料。将制得的MOFs材料在高温下进行热解处理，除去铜后得到具有丰富的介孔，并含有规则大孔结构的炭材料。将其应用于光热转换材料时显示出优越的光热转换性能，制备成太阳能蒸汽水蒸发装置之后显示出优异的蒸发性能。

技术领域：

本发明涉及一种具有高光热转换效率的多孔炭材料的制备方法及其应用，可以制备孔径发达，形貌保持良好的高效光热转换材料，属于能量转换，清洁能源领域。

技术背景：

随着人类生活环境的不断恶化，绿色能源尤其是太阳能的有效利用已受到越来越多的关注。水资源的减少和用水量的增加已成为人们关注的环境问题之一。为了解决这些问题，各种海水淡化策略已被应用于生产淡水。其中，在过去的几年中，利用太阳蒸发法获取纯净的淡水资源已成为研究热点，许多基于各种材料的太阳能水蒸发的蒸发器涌现出来，如炭基材料，金属，金属氧化物，聚合物。根据之前的报道，一个有效的太阳能蒸汽水蒸发(solar steam generation，SSG)系统需要具备以下四个特性:宽带阳光吸收能力、热管理能力、水分输送能力和水分蒸发能力。因此，具有良好光热转换效率的光热材料是SSG系统的核心。

金属-有机框架(Metal-Organic-Frameworks,MOFs)是一种广泛应用于气体吸附、能量和药物治疗的新型多孔材料。由于MOFs巨大的表面积、高孔隙度和发达的孔结构，因此，被认为是制备多孔炭的优异前驱体材料。MOF基多孔炭已被广泛应用于催化、电化学、传感器等学科。MOF基多孔炭材料也表现出优异的光热转换性能，相比于其他碳材料，MOF基多孔炭材料具有很强的可靠性和稳定性，在太阳能水蒸发领域表现出非常大的应用潜力。在最近几年，MOF基多孔炭材料在水蒸发领域也涌现出众多优异的研究成果。文献“Metal-organic framework derived porous carbon of light trapping structures forefficient solar steam generation.(Solar Energy Materials and Solar Cells 196(2019)36-42)”中，作者通过简单的溶剂反应将叶子状的Co-MOF前驱体沉积在不锈钢网上，炭化后，得到了一种具有高光吸收性能的蒸发器。1个太阳光强度光照下蒸发速率为1.222kg m^-2h^-1，蒸发效率为84.3％；在文献“Designing Carbonized Loofah SpongeArchitectures with Plasmonic Cu Nanoparticles Encapsulated in GraphiticLayers for Highly Efficient Solar Vapor Generation.(Nano Lett.2021,21,4,1709-1715).”中，作者将铜基MOF原位生长在丝瓜海绵表面，经过高温热解的得到负载MOF基多孔炭的蒸发器，该蒸发器在一个太阳光光照下能够得到1.54kg m^-2h^-1的蒸发速率，蒸发效率为90.2％。相比较而言，目前的MOF基多孔炭光热转换材料的转换效率较低，该制备方法制备的MOF基多孔炭具有非常高效的光热转换效率以及蒸发效率。

发明内容：

本发明目的在于提供一种以铜基MOFs为炭源制备的孔结构发达的高效光热转换材料的制备方法。

本发明所用的技术方案：一种Cu-MOF基高效光热转换材料的制备方法，具体步骤如下：

步骤一：将铜盐与有机配体溶解于一定体积的有机溶剂中，并在水热反应釜中进行水热反应，洗涤后得到MOFs原料。

步骤二：将烘干后的Cu-MOFs粉末在惰性气体氛围下升温到400-1500℃并保温1-9小时。

步骤三：将炭化后的样品用氨水搅拌以及盐酸溶液洗去金属铜，烘干后得到产物。