过渡金属硫族化合物的可控制备和光热性能研究

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硒化镍作为一种重要的过渡金属硫族化合物材料,因其本征吸收作用,在近红外光和可见光区域有强吸收作用,在光热转换领域有着重要的潜在价值。本文制备了硒化镍(Ni0.85Se)纳米材料,并通过原位生长的复合方式制备出硒化镍/类石墨相氮化碳(Ni0.85Se/g-C3N4)与硒化镍/碳(Ni0.85Se/C)两种复合材料,通过SEM、EDX、XRD、TEM和XPS等表征手段,对不同合成条件下Ni0.85Se及其复合材料的物相、形貌和价态等特征进行分析,并通过光热升温测试及光热水蒸发测试探究了其对光热转换效率和光热稳定性等光热性能的影响,并评价了材料在海水淡化领域的应用潜力。(1)首先,本文采用简单的两相溶剂热法合成硒化镍材料,通过调控不同合成反应参数探索硒化镍的最佳合成条件,制备出Ni0.85Se材料。另外通过高温煅烧法制备出厚度约为350 nm左右的g-C3N4片层纳米材料,同时发现不同等离子体对碳材料改性后的光热性能影响较小。(2)在Ni0.85Se的合成基础上,引入类石墨相氮化碳材料复合,制备Ni0.85Se/g-C3N4复合纳米材料,经表征后得知Ni0.85Se纳米颗粒均匀分布且原位生长在g-C3N4片层上,同时紫外可见光谱显示复合材料呈现全光谱范围吸收且作用较强。(3)将Ni0.85Se/g-C3N4复合材料用于构建界面光热水蒸发膜装置后进行测试,在一个太阳照度下,复合材料膜装置的水蒸发速率最高达1.272 kg·m-2·h-1,光热转换效率高至75.36%,且经过14天稳定性测试后仍处于较好水平,说明Ni0.85Se/g-C3N4复合材料具有良好的光热稳定性。同时模拟海水条件下测试的水蒸发速率受水质影响很小。(4)以Ni0.85Se的制备为基础,合成Ni0.85Se/C系列复合材料。在反应温度200℃、两相溶剂比为2:3和司盘80添加量为3 m L条件下的,合成出粒径约为30~60 nm、外层被薄碳层所包裹的核壳型Ni0.85Se/C复合材料。(5)以Ni0.85Se/C为光热材料,通过光热升温测试,探究材料的光热性能。在功率密度1.0 W·cm-2的808 nm激光照射下,Ni0.85Se/C复合材料的光热转换效率高达62.6%,循环测试下材料的光热升温能力保持稳定。另以Ni0.85Se/C材料来构建可实现自漂浮的光热水蒸发膜装置并测试。一个太阳照度下,Ni0.85Se/C膜装置的水蒸发速率最高为1.147 kg·m-2·h-1,对应的光热转换效率为72.30%,稳定性测试表明膜装置的水蒸发速率保持相对稳定,同时模拟海水测试下的水蒸发速率也不因水质的改变而受到严重影响。本文针对不同合成反应条件下合成的硒化镍及其复合材料,进行光热升温和太阳能光热水蒸发方面的研究,为制备出高光热转化效率的硒化镍纳米复合材料提供研究思路,为光热材料的潜在应用和发展提供无限可能。
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