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申请/专利权人：天津永续新材料有限公司

摘要：本发明提供了一种纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件、其制备方法及用途，以季铵化壳聚糖、改性聚乙烯醇、氧化海藻酸钠和纳米纤维素溶液作为凝胶前体溶液，并在凝胶前体溶液中加入由氧化石墨烯和硫化铜组成的光热转换材料以及经聚乙烯亚胺和聚多巴胺改性的改性Mxene纳米片，通过氢键交联和冻融循环作用构建了具有良好骨架结构的复合水凝胶，随后利用化学原位聚合，引发了苯胺单体在复合水凝胶内部进行原位生长生成聚苯胺纳米纤维，通过定向冷冻干燥，得到了具有垂直排列的大孔通道的气凝胶基体，最后在气凝胶基体表面进行吡咯原位聚合反应生成聚吡咯，聚吡咯作为光吸收位点显著提高了太阳能界面蒸发器件的光捕获能力。

主权项：1.一种纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括：（Ⅰ）将氧化石墨烯分散于去离子水中，经超声分散后得到氧化石墨烯分散液，向所述氧化石墨烯分散液中加入L-半胱氨酸，在密封条件下混合搅拌直至所述L-半胱氨酸完全溶解，得到反应溶液；向所述反应溶液中加入氯化铜溶液，混合均匀后得到前驱体溶液，将所述前驱体溶液转移至反应釜中进行加热，使得L-半胱氨酸与氯化铜反应生成硫化铜，同时，氧化石墨烯反应生成还原氧化石墨烯，反应结束后对反应产物进行过滤、洗涤和干燥，得到由还原氧化石墨烯和硫化铜组成的光热转换材料；（Ⅱ）将氟化锂加入盐酸溶液中，混合均匀后得到刻蚀溶液，向所述刻蚀溶液中加入钛碳化铝粉末，经磁力搅拌和水浴加热后得到悬浮液，采用去离子水对所述悬浮液依次进行洗涤和离心，重复洗涤和离心操作至少三次后取沉淀物分散于去离子水中，静置后取上清液进行干燥，得到Mxene纳米片；将所述Mxene纳米片分散于去离子水中形成Mxene分散液，将所述Mxene分散液转移至摇床中，向所述Mxene分散液中加入聚乙烯亚胺，在摇床中加热振荡以进行氨基化改性；随后，在室温下向所述Mxene分散液中加入多巴胺溶液，在摇床中混合振荡使得多巴胺发生原位氧化自聚合形成聚多巴胺，最后经过滤、洗涤和干燥后得到改性Mxene纳米片；（Ⅲ）将壳聚糖分散于醋酸水溶液中，进行混合搅拌并加热直至壳聚糖完全溶解，得到壳聚糖溶液，向所述壳聚糖溶液中滴入2,3-环氧丙基三甲基氯化铵，进行混合搅拌并加热以对壳聚糖进行季铵化改性，随后经过滤、洗涤和干燥后得到季铵化壳聚糖；将聚乙烯醇、丙三醇和去离子水混合均匀得到反应前体溶液，对所述反应前体溶液进行加热回流反应，反应结束后经过滤、洗涤和干燥后得到改性聚乙烯醇；将海藻酸钠溶于去离子水中得到海藻酸钠溶液，向所述海藻酸钠溶液中加入高碘酸钠，在室温和避光条件下进行搅拌以发生氧化反应，反应结束后经过滤、洗涤和干燥后得到氧化海藻酸钠；（Ⅳ）将步骤（Ⅲ）得到的所述季铵化壳聚糖、所述改性聚乙烯醇、所述氧化海藻酸钠加入纳米纤维素溶液中，混合均匀后得到前体混合液，向所述前体混合液中加入步骤（Ⅰ）得到的所述光热转换材料以及步骤（Ⅱ）得到的所述改性Mxene纳米片，经超声分散后得到凝胶前体溶液；（Ⅴ）将戊二醛与盐酸溶液混合均匀，得到戊二醛酸溶液，将步骤（Ⅳ）得到的所述凝胶前体溶液倒入模具中，向所述凝胶前体溶液中滴入所述戊二醛酸溶液，混合搅拌以发生交联反应，反应结束后置于室温下静置以进行凝胶化，得到水凝胶中间体；将所述水凝胶中间体在低温条件下冷冻一段时间，随后取出解冻一段时间，重复进行冷冻和解冻过程至少三次，得到复合水凝胶；（Ⅵ）将步骤（Ⅴ）得到的所述复合水凝胶浸泡于苯胺单体溶液中，向所述苯胺单体溶液中滴加过硫酸铵溶液，混合搅拌后静置以发生反应生成聚苯胺，反应结束后依次经过滤、洗涤和干燥后得到改性复合水凝胶，将所述改性复合水凝胶置于冷板上进行定向冷冻，所述改性复合水凝胶的一侧面与所述冷板的表面接触以在所述改性复合水凝胶的内部的竖直方向上形成温度梯度，在所述冷板上放置一段时间后将所述改性复合水凝胶取下置于冷冻干燥机中进行冷冻干燥，以在所述改性复合水凝胶的内部形成垂直孔道，得到气凝胶基体；（Ⅶ）将吡咯单体溶解于盐酸溶液中，混合均匀后得到吡咯单体溶液，将步骤（Ⅵ）得到的所述气凝胶基体浸泡于所述吡咯单体溶液中并进行磁力搅拌，使得所述吡咯单体进入所述气凝胶基体的孔道内部；随后，向所述吡咯单体溶液中加入三氯化铁溶液，在冰水浴环境下进行磁力搅拌以发生反应，使得所述吡咯单体在所述气凝胶基体的表面和孔道内壁发生原位氧化自聚合形成聚吡咯，反应结束后经过滤、洗涤和液氮冷冻干燥后得到所述纳米纤维素基太阳能界面蒸发器件。

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