gopva复合三维结构海绵制备及其光热性能表征【字数：11849】
本实验通过将氧化石墨烯溶液（GO）与聚乙烯醇（PVA）溶液按不同配比进行混合制成GO/PVA复合三维结构海绵。随后将复合海绵进行热还原，接着对热还原前后样品进行扫描电镜、接触角、光热性能、水热蒸发性能等测试，通过分析说明了海绵中GO和PVA的混合比例不同会造成海绵在性能上存在差异。经验证，本实验制备的轻质复合海绵呈现三维多孔结构，具有较高的孔隙率；此外，该复合海绵具有良好的亲水性能和光热性能，通过调控复合海绵中PVA的含量，海绵的亲水性以及光热性能会发生改变，从而会影响海绵的水热蒸发性能。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2传统光热转换材料 1
1.2.1贵金属类纳米光热转换材料 1
1.2.2半导体光热转换材料 1
1.2.3碳基光热转换材料 2
1.2.4有机类光热转换材料 2
1.3新型三维石墨烯材料 3
1.3.1三维石墨烯材料的电学应用 3
1.3.2三维石墨烯材料的光学应用 4
1.3.3三维石墨烯材料的吸附应用 4
1.4石墨烯复合材料 4
1.4.1石墨烯/有机染料分子 4
1.4.2石墨烯/共轭聚合物 4
1.4.3石墨烯/聚乙烯醇复合材料 5
1.5研究内容和方案概述 5
1.6课题研究的目的和意义 6
2.实验部分 7
2.1实验药品和仪器 7
2.1.1实验药品 7
2.1.2实验仪器 7
2.2氧化石墨烯的制备方法 8
2.3不同PVA含量的GO/PVA复合海绵制备方法 9
2.4不同GO含量的GO/PVA复合海绵制备方法 9
2.5热还原GO/PVA复合海绵制备 10
3.性能表征与结果讨论 11
3.1材料的基本性能测试 11
3.1.1材料的表观密度测试 11
3.1.2材料的结构SEM测试 12
3.1.3材料的亲水性测试 13
3.2材料的光热性能 14
3.2.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
材料的光热性能 14
3.2.2不同PVA含量海绵的光热性能 15
3.2.3不同GO含量海绵的光热性能 15
3.3三维石墨烯海绵水热蒸发性能 17
3.3.1材料的水热蒸发性能 17
3.3.2不同PVA含量海绵的水热蒸发性能 18
3.3.3不同GO含量海绵的水热蒸发性能 19
4.结论 20
参考文献 21
致谢 23
1.绪论
1.1引言
在各种能源的利用方式中，太阳能的光热应用是直接又清洁的方法，但由于太阳能属于低品位能，因此对具有高转化效率且能满足各种应用需求的光热转化材料的研究至关重要。利用光热转化材料将太阳能辐射转化为液体的内能从而可以进行废水的净化、海水脱盐和蒸馏等，这对于解决水资源污染、水资源匮乏意义重大。
1.2传统光热转换材料
1.2.1贵金属类纳米光热转换材料
贵金属类纳米光热转换材料由于高效的光热转换效率，是目前使用范围最广阔的一类光热转换材料。目前对该类材料的研究较多集中于金（Au）[14]、银（Ag）[5]、钯（Pd）[6]、铂（Pt）等纳米材料，它们的光热转换特性主要来源于表面等离子体共振效应。等离子体共振效应的吸收波长主要由纳米材料的表面形貌决定，而贵金属纳米颗粒表面自由载流子的浓度又是影响光热转换效率的主要因素，因此可通过调控金属纳米颗粒的表面形貌、粒径大小等方式制备能够吸收特定波长的光热转换材料，但是因为金属纳米粒子表面形貌在多次光照后遭到破坏产生改变，进而会影响吸收波长，最终降低光热转换效率，因此需要对金属粒子表面进行化学修饰才能保证制成材料的使用寿命。
其中，金纳米粒子（Au NPs）具有独特的光学特性，当入射光的频率与粒子表面自由电子的振动频率发生共振耦合时，在其表面就会产生共振，使表面电子集体振动大幅增加，即产生局域表面等离子体共振效应（LSPR）[7]。德国科学家Gustav Mie在1908年提出的光学理论模型Mie理论中利用Maxwell方程解释了Au NPs的局域表面等离子体共振效应[89]，因此Au NPs在光热转换、光热治疗[10]等领域展现出了很好的应用前景。
1.2.2半导体光热转换材料
近年来，半导体光热转换材料因其稳定的使用性能、多元的应用方向、简单的制备工艺、高效的转化效率等优点受到了越来越多的关注。根据对近红外光吸收原理的不同，半导体光热转换材料可分别两类。
第一类是由于表面等离子体共振效应引起的近红外吸收的半导体材料。以硫属铜基化合物和过渡金属氧化物为例，这类材料的表面载流子会因为材料本身具有的结构缺陷而发生迁移，因此这类材料对近红外光的吸收强度与波长主要取决于缺陷结构浓度的影响。继2010年Li等人[11]首次报道了3nm的硫化铜纳米晶体在光热治疗方面的应用后，学者们又相继开发出了碲化铜类（Cu2xTe），硫化铜类（CuS、Cu9S5）和硒化铜类（Cu2xSe）[1215] 等多种硫属铜基半导体材料并将其应用到光热转换领域[1,16]。
第二类是具有本征吸收带隙的本征半导体材料，例如WS2、MoS2等过渡金属二硫化物，该类材料对近红外光的吸收主要取决于其本征吸收带隙。这类材料在三维结构上呈现石墨烯相类似的片层多边形结构，也可以通过化学剥离法这种简便的方法制备出来。
1.2.3碳基光热转换材料
碳基纳米光热材料主要分为石墨烯类纳米光热材料[1719]和碳纳米管类光热材料[2022]。它具有光热转换性能稳定、经多次长时间光源照射后不会发生性能衰减[23]的特点，但其在制备中过程复杂、条件苛刻且近红外吸收[2425]系数低的缺陷限制了它的实际应用。
由于碳纳米材料比表面积极大，所以材料之间相互作用力也极强，不容易在水中分散开来，因此必须对其进行表面功能化才能使其在不同的应用领域配合不同的材料展现出不同的使用功能，常用的方法可分为共价改性和非共价改性。目前可以通过掺杂氮元素或者其他亲水基团使其在水蒸发领域[26]得以应用，宁波材料所[27]也通过碳化改性碳纤维材料拓展了碳纤维以及光热转化材料在溶剂纯化方面的应用领域。
目 录
1.绪论 1
1.1引言 1
1.2传统光热转换材料 1
1.2.1贵金属类纳米光热转换材料 1
1.2.2半导体光热转换材料 1
1.2.3碳基光热转换材料 2
1.2.4有机类光热转换材料 2
1.3新型三维石墨烯材料 3
1.3.1三维石墨烯材料的电学应用 3
1.3.2三维石墨烯材料的光学应用 4
1.3.3三维石墨烯材料的吸附应用 4
1.4石墨烯复合材料 4
1.4.1石墨烯/有机染料分子 4
1.4.2石墨烯/共轭聚合物 4
1.4.3石墨烯/聚乙烯醇复合材料 5
1.5研究内容和方案概述 5
1.6课题研究的目的和意义 6
2.实验部分 7
2.1实验药品和仪器 7
2.1.1实验药品 7
2.1.2实验仪器 7
2.2氧化石墨烯的制备方法 8
2.3不同PVA含量的GO/PVA复合海绵制备方法 9
2.4不同GO含量的GO/PVA复合海绵制备方法 9
2.5热还原GO/PVA复合海绵制备 10
3.性能表征与结果讨论 11
3.1材料的基本性能测试 11
3.1.1材料的表观密度测试 11
3.1.2材料的结构SEM测试 12
3.1.3材料的亲水性测试 13
3.2材料的光热性能 14
3.2.1 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: #351916072#
材料的光热性能 14
3.2.2不同PVA含量海绵的光热性能 15
3.2.3不同GO含量海绵的光热性能 15
3.3三维石墨烯海绵水热蒸发性能 17
3.3.1材料的水热蒸发性能 17
3.3.2不同PVA含量海绵的水热蒸发性能 18
3.3.3不同GO含量海绵的水热蒸发性能 19
4.结论 20
参考文献 21
致谢 23
1.绪论
1.1引言
在各种能源的利用方式中，太阳能的光热应用是直接又清洁的方法，但由于太阳能属于低品位能，因此对具有高转化效率且能满足各种应用需求的光热转化材料的研究至关重要。利用光热转化材料将太阳能辐射转化为液体的内能从而可以进行废水的净化、海水脱盐和蒸馏等，这对于解决水资源污染、水资源匮乏意义重大。
1.2传统光热转换材料
1.2.1贵金属类纳米光热转换材料
贵金属类纳米光热转换材料由于高效的光热转换效率，是目前使用范围最广阔的一类光热转换材料。目前对该类材料的研究较多集中于金（Au）[14]、银（Ag）[5]、钯（Pd）[6]、铂（Pt）等纳米材料，它们的光热转换特性主要来源于表面等离子体共振效应。等离子体共振效应的吸收波长主要由纳米材料的表面形貌决定，而贵金属纳米颗粒表面自由载流子的浓度又是影响光热转换效率的主要因素，因此可通过调控金属纳米颗粒的表面形貌、粒径大小等方式制备能够吸收特定波长的光热转换材料，但是因为金属纳米粒子表面形貌在多次光照后遭到破坏产生改变，进而会影响吸收波长，最终降低光热转换效率，因此需要对金属粒子表面进行化学修饰才能保证制成材料的使用寿命。
其中，金纳米粒子（Au NPs）具有独特的光学特性，当入射光的频率与粒子表面自由电子的振动频率发生共振耦合时，在其表面就会产生共振，使表面电子集体振动大幅增加，即产生局域表面等离子体共振效应（LSPR）[7]。德国科学家Gustav Mie在1908年提出的光学理论模型Mie理论中利用Maxwell方程解释了Au NPs的局域表面等离子体共振效应[89]，因此Au NPs在光热转换、光热治疗[10]等领域展现出了很好的应用前景。
1.2.2半导体光热转换材料
近年来，半导体光热转换材料因其稳定的使用性能、多元的应用方向、简单的制备工艺、高效的转化效率等优点受到了越来越多的关注。根据对近红外光吸收原理的不同，半导体光热转换材料可分别两类。
第一类是由于表面等离子体共振效应引起的近红外吸收的半导体材料。以硫属铜基化合物和过渡金属氧化物为例，这类材料的表面载流子会因为材料本身具有的结构缺陷而发生迁移，因此这类材料对近红外光的吸收强度与波长主要取决于缺陷结构浓度的影响。继2010年Li等人[11]首次报道了3nm的硫化铜纳米晶体在光热治疗方面的应用后，学者们又相继开发出了碲化铜类（Cu2xTe），硫化铜类（CuS、Cu9S5）和硒化铜类（Cu2xSe）[1215] 等多种硫属铜基半导体材料并将其应用到光热转换领域[1,16]。
第二类是具有本征吸收带隙的本征半导体材料，例如WS2、MoS2等过渡金属二硫化物，该类材料对近红外光的吸收主要取决于其本征吸收带隙。这类材料在三维结构上呈现石墨烯相类似的片层多边形结构，也可以通过化学剥离法这种简便的方法制备出来。
1.2.3碳基光热转换材料
碳基纳米光热材料主要分为石墨烯类纳米光热材料[1719]和碳纳米管类光热材料[2022]。它具有光热转换性能稳定、经多次长时间光源照射后不会发生性能衰减[23]的特点，但其在制备中过程复杂、条件苛刻且近红外吸收[2425]系数低的缺陷限制了它的实际应用。
由于碳纳米材料比表面积极大，所以材料之间相互作用力也极强，不容易在水中分散开来，因此必须对其进行表面功能化才能使其在不同的应用领域配合不同的材料展现出不同的使用功能，常用的方法可分为共价改性和非共价改性。目前可以通过掺杂氮元素或者其他亲水基团使其在水蒸发领域[26]得以应用，宁波材料所[27]也通过碳化改性碳纤维材料拓展了碳纤维以及光热转化材料在溶剂纯化方面的应用领域。
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