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Nano Res.[单元]│山东大学张忠华课题组:新型纳米多孔铜材料可用于电化学驱动及太阳能水蒸发

本篇文章版权为白庆国所有,未经授权禁止转载。

背景介绍


纳米材料具有可调节的微结构和可控的物理化学性质,因此在纳米技术领域的实际应用中备受期待。其中,纳米多孔金属因其高比表面积、低密度、良好的热/电导率等特性,被广泛应用于催化、传感、能量存储和转换等领域。然而,传统的制备方法往往会导致单一的孔隙结构,限制了纳米多孔金属在物质传输等方面的表现。因此,如何制备具有多级孔隙结构的纳米多孔金属,成为了研究的热点。近年来,通过结合3D打印和脱合金等方法,成功制备了具有多级孔隙结构的纳米多孔金属。然而,这种方法的成本较高、材料选项有限。本文提出了一种新的方法,通过一步化学脱合金制备了具有两级孔隙结构的铜材料。该材料具有亚微米级有序通道和纳米级随机连续孔隙的特殊结构,表现出了良好的驱动性能和太阳能水蒸发性能。


成果简介


日前,山东大学张忠华课题组的白庆国博士通过共晶Al-Cu合金的脱合金制备出一种具有层次结构的纳米多孔铜材料(HNC)。该材料的层次结构由有序平板通道和随机分布的连续纳米孔组成,两者协同作用,提高了其驱动性能和太阳能吸收性能。其中,亚微米级的有序平板通道促进了电解质离子的快速传输,而纳米级连续孔由于其大的比表面积增强了诱导应变。研究结果表明,相比其他报道的纳米多孔铜材料,该HNC材料的驱动性能提升了两倍,其最大应变振幅可达0.22%,应变速率约为10-5 s-1。此外,该HNC材料还首次展示出优异的太阳能水蒸发性能,其在1 kW m-2的光强下,蒸发速率可达1.47 kg m-2 h-1,光热转换效率为92%,可与纳米多孔金和银薄膜相媲美。


图文导读


a)通过共晶Al-Cu合金的脱合金制备出一种具有层次结构的纳米多孔铜材料HNC。HNC材料的层次结构由有序平板通道和随机分布的连续纳米孔组成。

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b)该HNC材料的驱动性能提升了两倍,其最大应变振幅可达0.22%,应变速率约为10-5 s-1

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c)该HNC材料的太阳能水蒸发性能也表现优异,其在1 kW m-2的光强下,蒸发速率可达1.47 kg m-2 h-1,光热转换效率为92%。

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作者简介


山东大学张忠华教授课题组,主要从事纳米多孔金属材料的设计、制备及其在能源、催化领域的应用研究。在Adv Mater、Adv Energy Mater、ACS Nano等刊物上发表学术论文200余篇。


第一作者简介:白庆国,在波尔多大学攻读博士期间,主要从事纳米金属在半导体基底上激光沉积的工作。在山东大学张忠华课题组的博士后工作期间,主要从事对新型纳米多孔金属的研发与驱动性能探索。


文章信息


Bai Q, Wang Y, Tan F, et al. Eutectic-derived synthesis of hierarchically nanoporous copper for electrochemical actuation and solar steam generation. Nano Research https://doi.org/10.1007/s12274-023-5998-y.

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