[发明专利]一种仿生多孔界面黑体材料的制备方法及其应用

说明书

本发明提供了一种多孔黑体材料，所述黑体材料为磷化碳化后的密胺海绵；所述黑体材料具有多级的孔道结构。本发明提供的仿生多孔界面黑体材料具有互联大孔结构的仿生3D桁架结构的海绵骨架以及多级的孔道结构。该多孔黑体材料受益于3D互联中空骨架以及多级的孔道结构，大孔在100微米级，具有高速的水运输能力，有利于水再生过程中水蒸发，而2微米级微孔具有很好的隔热功效，有利于光热转化过程中的界面热管控，以实现高效的光热转化水蒸发。此外，本发明所制备的黑体材料还具有抗结盐。本发明提供的制备方法简单经济，可控性好，适于规模化生产和应用，在界面光热水净化等领域的具有明显的应用优势和广泛的应用前景。

技术领域

本发明属于光热黑体材料技术领域，涉及一种多孔黑体材料及其制备方法、应用，尤其涉及一种仿生多孔界面黑体材料的制备方法及其应用。

背景技术

除海水和冰川水外，仅有的0.8％淡水资源也因为难开采、污染和区域降水失衡等原因无法被直接有效地利用，全球80％的地区存在不同程度的缺水问题。受大自然水文循环的启发，利用黑体材料，在气液界面直接将太阳能转化为热能，以加速海水/污水的蒸发过程，即界面光热水蒸发技术(ISSG)，被视为最经济、可持续的水资源再生技术之一(Nature Energy 2018，3(12)：1031-1041.)。界面光热水蒸发技术(ISSG)不同于以往的底部或块体光热水蒸发技术，它利用多孔且隔热的黑体材料来实现界面太阳能热转换和蒸汽逃逸过程。由于热量集中在水-气两相界面，ISSG系统能有效抑制散热，因此能达到90％以上的热效率，具有广阔的实际应用前景(PNAS 2016，113(49)：13953-13958.)。

对于ISSG材料，获得高能量利用效率的关键是水向蒸发界面的快速输送、太阳光的高吸收率和材料本身的低热导率，由此能够将太阳能集中到材料表面进行快速蒸发(Cell Rep.Phy.Sci.2020,1,100074.)。目前已经报道了各种具有先进成分及结构设计的材料，例如等离子体材料(Adv.mater.2017,29,1603730.)，碳基材料(Adv.mater.2017,29,1704107.)，凝胶中的聚合物(Adv.mater.2019,31,e1807716.)等。在这些材料中，碳基材料因其固有的高太阳能吸收率、低成本和良好的可加工性脱颖而出(Acc.Mater.Res.2021,2,198.)。

然而，普通碳材料的高导热性会提高蒸发界面的热量损失(Adv.mater.2015,27,4302.)。为解决此问题，最近已经提出了将碳材料制备成高度多孔以降低热导率的策略(Acs Appl.Nano Mater.2020,3,4690.)。例如，导热系数仅为23mW m^-1k^-1的碳纳米管气凝胶是使用碲纳米线模板通过solvothermal方法制造的。尽管如此，其高成本、复杂的制造工艺和弱亲水性仍然限制了它的使用场景。此外，传统的ISSG多孔材料还面临着一个普遍问题：一旦充满水后，其导热性不可避免的会提高，从而导致整体效率的降低。

因此，如何找到一种更为适宜的黑体材料，解决现有的黑体材料存在的上述问题，已成为领域内诸多具有前瞻性的研究人员广泛关注的焦点之一。

发明内容

有鉴于此，本发明要解决的技术问题在于提供多孔黑体材料及其制备方法、应用，特别是一种仿生多孔界面黑体材料，本发明提供的多孔黑体材料具有多级孔道结构，是一种具有高效界面光热转化水净化黑体材料，具有自漂浮能力、良好的抗盐能力和离子去除能力，具有长期耐用性。而且制备方法简单，可控性好，适于规模化生产和应用。

本发明提供了一种多孔黑体材料，所述黑体材料为磷化碳化后的密胺海绵；

所述黑体材料具有多级的孔道结构。

优选的，所述黑体材料具有3D互联的骨架结构；

所述多级的孔道结构包括一级大孔和二级微孔；

所述一级大孔的孔径为50～200μm；