本發(fā)明涉及功能材料技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種還原氧化石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用。

背景技術(shù)：

太陽(yáng)能具有儲(chǔ)量大和無(wú)污染的特點(diǎn)，作為一種自然資源，已經(jīng)被認(rèn)為是在將來(lái)最具有實(shí)用性和競(jìng)爭(zhēng)力的資源之一，其高效的轉(zhuǎn)換與利用一直是現(xiàn)代科技的研究熱點(diǎn)。太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化利用方法主要有光催化、太陽(yáng)能光伏發(fā)電和太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化。相比其他兩種應(yīng)用，光熱(蒸汽)轉(zhuǎn)化目前擁有最高的使用效率，在海水淡化，污水處理、分餾和滅菌等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。然而傳統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)化效率較低，因此，設(shè)計(jì)制備高效率、低成本的光熱轉(zhuǎn)化材料具有重要的研究?jī)r(jià)值。

金屬納米粒子表面能夠形成局域等離子效應(yīng)，這種效應(yīng)導(dǎo)致近場(chǎng)效應(yīng)的增強(qiáng)以及局域熱效應(yīng)，因此具有等離子體效應(yīng)的納米粒子已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在太陽(yáng)能光熱轉(zhuǎn)化。在相對(duì)較高的太陽(yáng)能輻射下，分散在水中具有等離子體效應(yīng)的納米粒子周圍可以達(dá)到高于水沸點(diǎn)的溫度，這就導(dǎo)致了太陽(yáng)能蒸汽的產(chǎn)生。但是，這些產(chǎn)生蒸汽的方法都依賴于很高的光照強(qiáng)度，這就導(dǎo)致了能量的損耗。為了減小這種損耗，需要光熱轉(zhuǎn)化材料具有高的吸光性能、低的熱導(dǎo)率、親水性的表面以及多孔的結(jié)構(gòu)。

石墨烯作為一種先進(jìn)的碳材料，由于具有高的導(dǎo)熱率、高強(qiáng)度、超大的比表面積和化學(xué)穩(wěn)定性，成為國(guó)內(nèi)外光熱轉(zhuǎn)化材料的研究熱點(diǎn)，可以作為一種制備太陽(yáng)能蒸汽的潛在材料。目前已經(jīng)有通過CVD法合成的三維多孔石墨烯片用于光熱轉(zhuǎn)化的技術(shù)，但是這種制備方法的條件太苛刻，不能夠大規(guī)模使用；水熱合成石墨烯氣凝膠制備的氣凝膠面積較小，光熱效應(yīng)較差，也不能被大規(guī)模應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種還原氧化石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用，本發(fā)明提供的制備方法簡(jiǎn)單，條件易于達(dá)到，便于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；制備得到的還原氧化石墨烯薄膜比表面積大，具有高的光熱轉(zhuǎn)化效率。

本發(fā)明提供了一種還原氧化石墨烯薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將氧化石墨烯的水分散液冷凍后冷凍干燥，得到氧化石墨烯氣凝膠；

(2)將所述步驟(1)得到的氧化石墨烯氣凝膠壓片，得到氧化石墨烯薄膜；

(3)將所述步驟(2)得到的氧化石墨烯薄膜進(jìn)行光照還原，得到還原氧化石墨烯薄膜。

優(yōu)選的，所述步驟(1)氧化石墨烯的水分散液中氧化石墨烯的質(zhì)量濃度為2～10g/L。

優(yōu)選的，所述步驟(1)中冷凍前還包括：將氧化石墨烯的水分散液與氨水混合。

優(yōu)選的，所述氨水的質(zhì)量濃度為25～28％。

優(yōu)選的，所述氨水與氧化石墨烯的水分散液的體積比為1:1000～10000。

優(yōu)選的，所述步驟(2)中冷凍干燥的溫度為-20～-70℃，冷凍干燥的時(shí)間為4～48h。

優(yōu)選的，所述步驟(4)中光照的強(qiáng)度為800～10000W/m²，光照還原的相對(duì)濕度為30～70％，光照還原的時(shí)間為70～600s。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備的還原氧化石墨烯薄膜，比表面積為40～50m²/g。

優(yōu)選的，所述還原氧化石墨烯薄膜的厚度為1～50mm。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述還原氧化石墨烯薄膜的應(yīng)用，將所述還原氧化石墨烯薄膜覆蓋于待蒸發(fā)液體表面，光照得到太陽(yáng)能蒸汽。

本發(fā)明提供了一種還原氧化石墨烯薄膜的制備方法，將氧化石墨烯的水分散液冷凍后冷凍干燥，得到氧化石墨烯氣凝膠；再經(jīng)壓片后進(jìn)行光照還原，得到還原氧化石墨烯薄膜。本發(fā)明采用氧化石墨烯的水分散液作為原材料，氧化石墨烯不僅具有與石墨烯性質(zhì)相似的好的導(dǎo)熱性能，而且具有大的比表面積和豐富的表面含氧基團(tuán)，能夠使其在冷凍干燥過程中形成穩(wěn)定三維多孔材料；利用簡(jiǎn)單冷凍干燥法和光照還原法制備的大面積的還原氧化石墨烯薄膜，在太陽(yáng)光照下，該還原氧化石墨烯薄膜形成局域熱效應(yīng)，提高了對(duì)太陽(yáng)能的利用效率和光熱轉(zhuǎn)化效率。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提供的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比更加簡(jiǎn)便、快速、節(jié)能，便于大規(guī)模生產(chǎn)應(yīng)用；制備的氧化還原石墨烯薄膜比表面積大，為40～50m²/g；具有高的光熱轉(zhuǎn)化效率，蒸汽化速率在大約30min穩(wěn)定在2.5kg/m^-2·h。

并且，本發(fā)明提供的制備方法制備的氧化還原石墨烯薄膜具有良好的性能穩(wěn)定性，在10個(gè)太陽(yáng)光的強(qiáng)度下，50次循環(huán)過程中，蒸汽化效率穩(wěn)定在80％以上。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實(shí)施例1中還原氧化石墨烯薄膜的制備過程示意圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例1制備的還原氧化石墨烯薄膜的氮?dú)馕降葴鼐€以及孔徑分布圖；

圖3為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的還原氧化石墨烯薄膜循環(huán)性能圖；

圖4本發(fā)明實(shí)施例1中制備的還原氧化石墨烯薄膜與其他材料在光照強(qiáng)度為3kW/m²條件下質(zhì)量損失對(duì)比圖；

圖5為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的還原氧化石墨烯薄膜與其他材料在光照強(qiáng)度為3kW/m²條件下蒸汽化速率對(duì)比圖；

圖6為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的還原氧化石墨烯薄膜與其他材料熱成像圖；

圖7為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的還原氧化石墨烯薄膜與其他材料透過率測(cè)試結(jié)果圖；

圖8為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的還原氧化石墨烯薄膜與其他材料反射率測(cè)試結(jié)果圖；

圖9為本發(fā)明實(shí)施例1中制備的還原氧化石墨烯薄膜與對(duì)比例4～6中的氧化石墨烯薄膜的穩(wěn)定性測(cè)試圖；

圖10為對(duì)比例7中不同量的氧化石墨烯分散液制備出不同厚度的氧化石墨烯氣凝膠圖以及熱成像圖；

圖11為對(duì)比例8中不同濃度氧化石墨烯分散液制備的氧化石墨烯薄膜圖；

圖12為對(duì)比例9中不同pH值的氧化石墨烯分散液制備的氧化石墨烯薄膜圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提供了一種還原氧化石墨烯薄膜的制備方法，包括以下步驟：

(1)將氧化石墨烯的水分散液冷凍后冷凍干燥，得到氧化石墨烯氣凝膠；

(2)將所述步驟(1)得到的氧化石墨烯氣凝膠壓片，得到氧化石墨烯薄膜；

(3)將所述步驟(2)得到的氧化石墨烯薄膜進(jìn)行光照還原，得到還原氧化石墨烯薄膜。

本發(fā)明將氧化石墨烯的水分散液冷凍后冷凍干燥，得到氧化石墨烯氣凝膠。在本發(fā)明中，所述冷凍的溫度優(yōu)選為-10～-50℃，更優(yōu)選為-20～-40℃；所述冷凍溫度下保溫的時(shí)間優(yōu)選為1～48h，更優(yōu)選為10～40h，最優(yōu)選為20～30h。在本發(fā)明中，冷卻至所述冷凍溫度的速率優(yōu)選為0.3～0.4℃/min。本發(fā)明對(duì)所述冷凍的裝置沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的冷凍設(shè)備即可。

在本發(fā)明中，所述冷凍干燥的溫度優(yōu)選為-20～-70℃，更優(yōu)選為-30～-60℃，最優(yōu)選為-40～-50℃；所述冷凍干燥的時(shí)間優(yōu)選為4～48h，更優(yōu)選為10～40h，最優(yōu)選為20～30h。在本發(fā)明中，所述冷凍干燥過程中溶劑揮發(fā)，氧化石墨烯由具有大的比表面積和豐富的表面含氧基團(tuán)形成具有穩(wěn)定三維多孔結(jié)構(gòu)的氧化石墨烯氣凝膠。

本發(fā)明對(duì)所述氧化石墨烯對(duì)水分散液的制備的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備分散液的技術(shù)方案即可。本發(fā)明優(yōu)選將氧化石墨烯與水混合，得到氧化石墨烯的水分散液。在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選為超聲分散；所述超聲分散的頻率優(yōu)選為25～35Hz，更優(yōu)選為28～32Hz；所述超聲分散的時(shí)間優(yōu)選為30～60min，更優(yōu)選為40～50min。

在本發(fā)明中，所述氧化石墨烯的水分散液中氧化石墨烯的質(zhì)量濃度優(yōu)選為2～10g/L，更優(yōu)選為2.5～8g/L，最優(yōu)選為3～6g/L。在本發(fā)明中，所述氧化石墨烯的粒徑優(yōu)選為300nm～2.5μm，更優(yōu)選為800nm～2μm，最優(yōu)選為1～1.5μm。

本發(fā)明對(duì)所述氧化石墨烯的來(lái)源沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的市售產(chǎn)品或按照本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備方法制備即可。在本發(fā)明的實(shí)施例中，所述氧化石墨烯的制備優(yōu)選包括以下步驟：

(a)將濃硫酸、濃磷酸與石墨混合，得到石墨分散液；

(b)將所述步驟(a)得到的石墨分散液與氧化劑混合，氧化反應(yīng)得到氧化石墨；

(c)將所述步驟(c)得到的氧化石墨進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯。

本發(fā)明優(yōu)選將濃硫酸、濃磷酸與石墨混合，得到石墨分散液。在本發(fā)明中，所述濃硫酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選為70％以上，更優(yōu)選為80～98％；所述濃磷酸的質(zhì)量濃度優(yōu)選為80％以上，更優(yōu)選為85～98％。在本發(fā)明中，所述濃硫酸與濃磷酸的體積比優(yōu)選為1～5:1，更優(yōu)選為2～4:1。在本發(fā)明中，所述濃硫酸與濃磷酸的總體積與石墨質(zhì)量比優(yōu)選為80～200mL:1g，更優(yōu)選為100～180mL:1g，最優(yōu)選為120～160mL:1g。

本發(fā)明對(duì)所述石墨的種類沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備氧化石墨烯的石墨即可。在本發(fā)明中，所述石墨優(yōu)選為鱗片石墨。

本發(fā)明對(duì)所述濃硫酸、濃磷酸與石墨混合的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備分散液的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述混合優(yōu)選在攪拌條件下進(jìn)行；所述攪拌優(yōu)選為磁力攪拌；所述攪拌的轉(zhuǎn)速優(yōu)選為600～1000r/min，更優(yōu)選為700～900r/min；所述攪拌的時(shí)間優(yōu)選為10～30min，更優(yōu)選為15～25min。

得到石墨分散液后，本發(fā)明優(yōu)選將所述石墨分散液與氧化劑混合，氧化反應(yīng)得到氧化石墨。在本發(fā)明中，所述氧化劑與石墨的質(zhì)量比優(yōu)選為4～6:1，更優(yōu)選為4.5～5.5:1。本發(fā)明對(duì)所述氧化劑的種類沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的制備氧化石墨烯的氧化劑即可。在本發(fā)明中，所述氧化劑優(yōu)選包括高錳酸鉀或高氯酸鉀。

在本發(fā)明中，所述氧化反應(yīng)的溫度優(yōu)選為30～80℃，更優(yōu)選為40～70℃，最優(yōu)選為50～60℃；所述氧化反應(yīng)的時(shí)間優(yōu)選為2～48h，更優(yōu)選為10～40h，最優(yōu)選為20～30h。本發(fā)明對(duì)所述氧化反應(yīng)的溫度控制方式?jīng)]有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的溫控方式即可。在本發(fā)明中，所述氧化反應(yīng)優(yōu)選在水浴或油浴條件下進(jìn)行。在本發(fā)明中，所述氧化反應(yīng)優(yōu)選在攪拌條件下進(jìn)行；所述攪拌優(yōu)選為磁力攪拌；所述攪拌的速率優(yōu)選為500～800r/min，更優(yōu)選為600～700r/min。

本發(fā)明優(yōu)選在氧化反應(yīng)完成后，將所述氧化反應(yīng)的產(chǎn)物與還原劑和冰水混合物混合，中和反應(yīng)得到氧化石墨。在本發(fā)明中，所述還原劑優(yōu)選包括雙氧水、檸檬酸鈉或L-抗壞血酸。在本發(fā)明中，所述還原劑與冰水混合物的質(zhì)量比優(yōu)選為1～4:1，更優(yōu)選為2～3:1。

在本發(fā)明中，所述還原劑能夠中和剩余的氧化劑，終止氧化反應(yīng)。本發(fā)明對(duì)所述還原劑的用量沒有特殊的限定，根據(jù)氧化反應(yīng)剩余的氧化劑的量進(jìn)行調(diào)整即可。

本發(fā)明優(yōu)選在中和反應(yīng)完成后，將所述中和反應(yīng)的產(chǎn)物進(jìn)行洗滌，得到氧化石墨。在本發(fā)明中，所述洗滌優(yōu)選依次包括水洗和乙醇洗滌。在本發(fā)明中，優(yōu)選洗滌至洗滌液呈中性。

得到氧化石墨后，本發(fā)明優(yōu)選將所述氧化石墨進(jìn)行超聲剝離，得到氧化石墨烯。在本發(fā)明中，所述超聲剝離的頻率優(yōu)選為25～35Hz，更優(yōu)選為28～32Hz；所述超聲剝離的時(shí)間優(yōu)選為5～24h，更優(yōu)選為10～20h。

超聲剝離完成后，本發(fā)明優(yōu)選將所述超聲剝離的產(chǎn)物進(jìn)行后處理，得到氧化石墨烯。在本發(fā)明中，所述后處理優(yōu)選依次包括絮凝、干燥和研磨。本發(fā)明優(yōu)選將超聲剝離的產(chǎn)物與絮凝劑混合進(jìn)行絮凝。在本發(fā)明中，所述絮凝劑優(yōu)選包括無(wú)機(jī)強(qiáng)堿，更優(yōu)選包括堿金屬的氫氧化物，最優(yōu)選包括氫氧化鈉或氫氧化鉀。在本發(fā)明中，所述絮凝的pH值優(yōu)選為9.5～10.5。

在本發(fā)明中，所述干燥的溫度優(yōu)選為20～80℃，更優(yōu)選為50～60℃；所述干燥的時(shí)間優(yōu)選為2～10h，更優(yōu)選為5～7h。本發(fā)明對(duì)所述研磨的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的研磨的技術(shù)方案即可。

在本發(fā)明中，所述氧化石墨烯的制備方法與傳統(tǒng)Hummers法相比操作簡(jiǎn)單，制備出氧化石墨烯含氧官能團(tuán)更豐富；一方面是由于反應(yīng)過程相對(duì)前一種方法中溫反應(yīng)時(shí)間長(zhǎng)，有利于硫酸進(jìn)入石墨插層氧化碳原子，另一方面，由于在磷酸強(qiáng)酸環(huán)境下，濃硫酸能夠保持強(qiáng)氧化性；在后續(xù)用凍干法制備氣凝膠過程中，氧化石墨烯層與層分子間作用力更強(qiáng)，更容易堆積成氣凝膠結(jié)構(gòu)；與市售氧化石墨烯粉末相比，由于后處理采用無(wú)機(jī)強(qiáng)堿絮凝，得到氧化石墨烯粉末含有更多的羥基，有利于超聲分散和成膜。

在本發(fā)明中，所述冷凍前優(yōu)選還包括：將氧化石墨烯的水分散液與氨水混合。在本發(fā)明中，所述氨水的質(zhì)量濃度優(yōu)選為25～28％，更優(yōu)選為26～27％。在本發(fā)明中，所述氨水與氧化石墨烯的水分散液的體積比優(yōu)選為1:1000～10000，更優(yōu)選為1:2000～8000，最優(yōu)選為1:4000～6000。在本發(fā)明中，所述氨水通過調(diào)節(jié)氧化石墨烯的水分散液的pH值，可以調(diào)節(jié)氧化石墨烯薄膜的層間距，進(jìn)而影響還原氧化石墨烯薄膜的孔結(jié)構(gòu)。在本發(fā)明中，所述氧化石墨烯的水分散液的pH值越大，得到的氧化石墨烯氣凝膠的微觀孔結(jié)構(gòu)越多。

得到氧化石墨烯氣凝膠后，本發(fā)明將所述氧化石墨烯氣凝膠壓片，得到氧化石墨烯薄膜。本發(fā)明對(duì)所述壓片的操作沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的壓片的技術(shù)方案即可。在本發(fā)明中，所述壓片優(yōu)選在輥壓機(jī)上進(jìn)行。本發(fā)明優(yōu)選通過輥壓機(jī)的壓輥間距控制氧化石墨烯薄膜的厚度。在本發(fā)明中，所述氧化石墨烯薄膜的厚度優(yōu)選為1～50mm，更選為10～40mm，最優(yōu)選為20～30mm。

得到氧化石墨烯薄膜后，本發(fā)明將所述氧化石墨烯薄膜進(jìn)行光照還原，得到還原氧化石墨烯薄膜。在本發(fā)明中，所述光照的強(qiáng)度優(yōu)選為800～10000W/m²，更優(yōu)選為2000～8000W/m²，最優(yōu)選為4000～6000W/m²；所述光照還原的相對(duì)濕度優(yōu)選為30～70％，更優(yōu)選為40～60％，最優(yōu)選為45～55％；所述光照還原的時(shí)間優(yōu)選為70～600s，更優(yōu)選為100～300s，最優(yōu)選為150～200s。本發(fā)明對(duì)所述光照的光源沒有特殊的限定，采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的用于光照還原的光源即可。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述制備方法制備的還原氧化石墨烯薄膜，比表面積為40～50m²/g，優(yōu)選為42～48m²/g，更優(yōu)選為44～46m²/g。在本發(fā)明中，所述還原氧化石墨烯薄膜的厚度優(yōu)選為1～50mm，更選為10～40mm，最優(yōu)選為20～30mm；所述還原氧化石墨烯薄膜的直徑優(yōu)選為3～80cm²，更優(yōu)選為20～60cm²，最優(yōu)選為30～50cm²。在本發(fā)明中，所述還原氧化石墨烯的厚度與直徑根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整壓片過程控制。

本發(fā)明還提供了上述技術(shù)方案所述還原氧化石墨烯薄膜的應(yīng)用，將所述還原氧化石墨烯薄膜覆蓋于待蒸發(fā)液體表面，光照得到太陽(yáng)能蒸汽。在本發(fā)明中，所述待蒸發(fā)液體優(yōu)選包括低沸點(diǎn)液體，更優(yōu)選包括水、甲醇、乙醇和丙酮中的一種或多種。在本發(fā)明中，所述還原氧化石墨烯的面積優(yōu)選覆蓋整個(gè)待蒸發(fā)液體表面。在本發(fā)明中，所述光照的強(qiáng)度優(yōu)選為1000～10000W/m²，更優(yōu)選為2000～8000W/m²，最優(yōu)選為4000～6000W/m²；所述光照的時(shí)間優(yōu)選為30min～10h，更優(yōu)選為2～8h，最優(yōu)選為4～6h。

為了進(jìn)一步說明本發(fā)明，下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的還原氧化石墨烯薄膜及其制備方法和應(yīng)用進(jìn)行詳細(xì)地描述，但不能將它們理解為對(duì)本發(fā)明保護(hù)范圍的限定。

實(shí)施例1:

氧化石墨烯的制備：將200mL分析純的濃硫酸和100mL分析純的濃磷酸混合，然后加入3g天然鱗片石墨，磁力攪拌防止團(tuán)聚，轉(zhuǎn)速為800r/min，20min分散均勻后，加入15g高錳酸鉀，并在60℃油浴條件下磁力攪拌，轉(zhuǎn)速為700r/min，時(shí)間12h，最后將產(chǎn)物倒入冰水混合物和雙氧水混合物中，雙氧水還原未反應(yīng)的過量的高錳酸鉀，產(chǎn)生氧氣，待液體顏色不發(fā)生變化，將產(chǎn)物在9000r/min的條件下離心，用純水和乙醇洗滌至中性，30Hz超聲剝離10h，用氫氧化鈉調(diào)整液體pH值為10，絮凝后50℃干燥5h，研磨，得到300nm氧化石墨烯固體粉末。

本實(shí)施例中還原氧化石墨烯薄膜的制備過程示意圖如圖1所示，從圖1可以看出，還原氧化石墨烯薄膜有氧化石墨烯分散液經(jīng)冷凍干燥得到氧化石墨烯氣凝膠，然后經(jīng)碾壓得到氧化石墨烯氣凝膠薄膜，再經(jīng)光照還原得到還原氧化石墨烯薄膜。

還原氧化石墨烯薄膜的制備過程具體為：

稱取上述制備的氧化石墨烯粉末200mg，加入到100mL二次去離子水中，30Hz超聲30min，使氧化石墨烯均勻的分散在去離子水中，得到氧化石墨烯分散液；加入10μL氨水(AR，28％)，得到混合物料。

取上述10mL混合物料放入冰箱，在溫度為-20℃下冷凍12h，轉(zhuǎn)入溫度為-50℃的冷凍干燥機(jī)中，干燥24h得到氧化石墨烯氣凝膠。

氧化石墨烯氣凝膠在輥壓機(jī)下壓成厚度為2mm直徑為6.8cm的氧化石墨烯薄膜。

氧化石墨烯薄膜放到光照強(qiáng)度為10kW/m²，環(huán)境濕度為50％的條件下，照射70s，氧化石墨烯薄膜的顏色由最初的棕黃色變?yōu)楹谏?，得到還原氧化石墨烯薄膜。

本實(shí)施例制備的還原氧化石墨烯薄膜的比表面積為45.32m²/g。

本實(shí)施例制備的還原氧化石墨烯薄膜的氮?dú)馕降葴鼐€以及孔徑分布圖分別如圖2a和圖2b所示。從圖2a可以看出，整個(gè)壓力點(diǎn)范圍內(nèi)曲線內(nèi)凹向下，呈現(xiàn)H3型回滯環(huán)，顯示氮?dú)馀c還原氧化石墨烯薄膜之間弱的相互作用力以及還原氧化石墨烯薄膜中的大孔是由片層狀石墨烯堆積形成；圖2b可以看出，BJH脫附平均孔徑為22.69nm。

實(shí)施例2:

實(shí)施例1制備的還原氧化石墨烯薄膜漂浮在100mL蒸餾水中，在光照強(qiáng)度為3000W/m²下照射30min，蒸汽化速率穩(wěn)定在2.5kg/m^-2·h。

實(shí)施例1制備的還原氧化石墨烯薄膜在10個(gè)太陽(yáng)光的強(qiáng)度下，進(jìn)行50次的循環(huán)測(cè)試，結(jié)果如圖3所示。從圖3可以看出，在50次循環(huán)過程中，其蒸汽化效率穩(wěn)定在80％以上，可以看出該薄膜材料具有良好的性能穩(wěn)定性。

對(duì)比例1:

100mL蒸餾水在光照強(qiáng)度為3000W/m²下照射30min，蒸發(fā)面積與實(shí)施例2相同。

對(duì)比例2:

按照實(shí)施例1所述方法制備的濃度為0.08g/L氧化石墨烯分散液100mL，在光照強(qiáng)度為3000W/m²下照射30min，蒸發(fā)面積與實(shí)施例2相同。

對(duì)比例3:

按照實(shí)施例1制備的氧化石墨烯分散液，經(jīng)微波還原法制備還原氧化石墨烯：氧化石墨烯粉末與L-抗壞血酸質(zhì)量比為1:3～5，在設(shè)定微波功率為800W，反應(yīng)溫度80℃，反應(yīng)8min，得到還原氧化石墨烯。

0.08g/L還原氧化石墨烯分散液100mL，在光照強(qiáng)度為3000W/m²下照射30min，蒸發(fā)面積與實(shí)施例2相同。

對(duì)比例4:

按照實(shí)施例1所述方法制備的氧化石墨烯薄膜，漂浮在100mL蒸餾水中，在光照強(qiáng)度為3000W/m²下照射30min，蒸發(fā)面積與實(shí)施例2相同。

測(cè)試實(shí)施例2與對(duì)比例1～4中水的質(zhì)量損失，結(jié)果對(duì)比如圖4所示。從圖4可以看出，還原氧化石墨烯薄膜容器中水質(zhì)量損失最大，30min內(nèi)能夠產(chǎn)生大約1.5g的水蒸汽。

測(cè)試實(shí)施例2與對(duì)比例1～4中水的蒸汽化速率，結(jié)果對(duì)比如圖5所示。從圖5可以看出，還原氧化石墨烯薄膜蒸汽化速率增長(zhǎng)最快，在大約30min穩(wěn)定在2.5kg/m²·h，其余材料蒸汽化速率分別是氧化石墨烯薄膜(1.8kg/m²·h)，氧化石墨烯分散液(1.5kg/m²·h)，還原氧化石墨烯分散液(0.5kg/m²·h)和純水(0.3kg/m²·h)，都比還原氧化石墨烯薄膜的蒸汽化速率小很多。

測(cè)試實(shí)施例2與對(duì)比例1～4中液體的熱成像圖，結(jié)果對(duì)比如圖6所示。從圖6可以看出還原氧化石墨烯具有較好的局域熱效應(yīng)，氧化石墨烯分散液中溫度較高也說明了，氧化石墨烯具有較好的光熱效應(yīng)，但是其廣泛的溫度分布使得大量熱量傳遞到水中，而還原氧化石墨烯薄膜具有的局域熱效應(yīng)，使得熱量相對(duì)集中，從溫度分布圖也可以清晰看出。

測(cè)試實(shí)施例2與對(duì)比例1～4中液體的透過率和反射率，結(jié)果對(duì)比分別如圖7和圖8所示。從圖7和圖8可以看出，還原氧化石墨烯薄膜把將近85％的太陽(yáng)光吸收，具有最強(qiáng)的光吸收效應(yīng)，這也是還原氧化石墨烯薄膜能夠產(chǎn)生局域熱效應(yīng)的原因之一。

對(duì)比例5:

按照實(shí)施例1的方法制備氧化石墨烯薄膜，按照實(shí)施例1中的光照還原方法，光照時(shí)間為20s。

對(duì)比例6:

按照實(shí)施例1的方法制備氧化石墨烯薄膜，按照實(shí)施例1中的光照還原方法，光照時(shí)間為60s。

將實(shí)施例1制備的還原氧化石墨烯薄膜與對(duì)比例4～6中的氧化石墨烯薄膜進(jìn)行穩(wěn)定性對(duì)比，得到結(jié)果如圖9所示。從圖9可以看出，只有在充分光照條件下得到黑色的還原氧化石墨烯薄膜，才能在制備太陽(yáng)能蒸汽過程中穩(wěn)定存在，而且隨著光照還原時(shí)間的增加，穩(wěn)定性也隨之增加。

對(duì)比例7:

用不同量的氧化石墨烯分散液制備出不同厚度(未成形、2mm、5mm、10mm和15mm)的氧化石墨烯氣凝膠圖以及在實(shí)驗(yàn)過程中的熱成像圖分別如圖10a和圖10b所示。從圖10可以看出，厚度越大，其隔熱保溫效果就越好，得到熱成像圖表面溫度就越高，在制備太陽(yáng)能蒸汽過程中獲得的蒸汽化效率就越高。

對(duì)比例8:

按實(shí)施例1的制備步驟和反應(yīng)過程，分別制備濃度為1g/L、2g/L、3g/L、4g/L、5g/L氧化石墨烯分散液，測(cè)試形成的氧化石墨烯氣凝膠如圖11所示。從圖11可以看出，只有分散液濃度大于等于2g/L時(shí)，才能制備出完整的氧化石墨烯氣凝膠。

實(shí)施例3:

按實(shí)施例1的制備步驟和反應(yīng)過程，只是將氧化石墨烯粉末的用量改為300mg，獲得氧化石墨烯分散液濃度為3g/L，制備與實(shí)施例1相同厚度的還原氧化石墨烯薄膜，同樣得到如圖4和5所示的結(jié)果。比表面積為43.58m²/g。

實(shí)施例4:

實(shí)施例3制備的還原氧化石墨烯薄膜漂浮在100mL水面用于制備太陽(yáng)能水蒸汽，在3000W/m²光照下照射30min，蒸汽化速率穩(wěn)定在2.3kg/m^-2·h。

實(shí)施例5:

按實(shí)施例1的制備步驟和反應(yīng)過程，只是將氧化石墨烯粉末的用量改為400mg，獲得氧化石墨烯分散液濃度為4g/L，同樣得到如圖4和5所示的結(jié)果。比表面積為49.82m²/g。

實(shí)施例6:

實(shí)施例5制備的還原氧化石墨烯薄膜漂浮在100mL水面用于制備太陽(yáng)能水蒸汽，在3000W/m²光照下照射30min，蒸汽化速率穩(wěn)定在2.23kg/m^-2·h。

實(shí)施例7:

按實(shí)施例1的制備步驟和反應(yīng)過程，只是將氧化石墨烯粉末的用量改為500mg，獲得氧化石墨烯分散液濃度為5g/L，同樣得到如圖4和5所示的結(jié)果。比表面積為45.52m²/g。

實(shí)施例8:

實(shí)施例7制備的薄膜漂浮在100mL水面用于制備太陽(yáng)能水蒸汽，在3000W/m²光照下照射30min，蒸汽化速率穩(wěn)定在2.15kg/m^-2·h。

對(duì)比例9:

測(cè)試pH值分別為6～8的氧化石墨烯分散液對(duì)形成的氧化石墨烯氣凝膠形貌的影響，結(jié)果如圖12所示。從圖12可以看出，隨著pH值的增大，形成的氧化石墨烯氣凝膠的微觀孔結(jié)構(gòu)變多，形成宏觀上蓬松的氧化石墨烯氣凝膠，說明氨水的加入有利于得到孔結(jié)構(gòu)更豐富的還原氧化石墨烯薄膜。

實(shí)施例9:

按實(shí)施例1的制備步驟和反應(yīng)過程，只是將氨水的用量改為20μL，分散液的pH值由實(shí)施例1的8增大到9，同樣得到如圖4和5所示的結(jié)果。比表面積為48.82m²/g。

實(shí)施例10:

實(shí)施例9制備的還原氧化石墨烯薄膜漂浮在水面100mL用于制備太陽(yáng)能水蒸汽，在3000W/m²光照下照射30min，蒸汽化速率穩(wěn)定在2.41kg/m^-2·h。

實(shí)施例11:

按實(shí)施例1的制備步驟和反應(yīng)過程，只是將氨水的用量改為30μL，分散液的pH值由實(shí)施例1的8增大到9.5，同樣得到如圖4和5所示的結(jié)果。比表面積為47.88m²/g。

實(shí)施例12:

實(shí)施例11制備的還原氧化石墨烯薄膜漂浮在100mL水面用于制備太陽(yáng)能水蒸汽，在3000W/m²光照下照射30min，蒸汽化速率穩(wěn)定在2.34kg/m^-2·h。

實(shí)施例13:

按實(shí)施例1的制備步驟和反應(yīng)過程，光照還原時(shí)，只是將光照強(qiáng)度設(shè)定為8kW/m²，光照時(shí)間設(shè)定為90s同樣得到如圖4和5所示的結(jié)果。比表面積為46.12m²/g。

實(shí)施例14:

實(shí)施例13制備的還原氧化石墨烯薄膜漂浮在100mL水面用于制備太陽(yáng)能水蒸汽，在3000W/m²光照下照射30min，蒸汽化速率穩(wěn)定在2.43kg/m^-2·h。

實(shí)施例15:

按實(shí)施例1的制備步驟和反應(yīng)過程，光照還原時(shí)，只是將環(huán)境濕度保持在55％，同樣得到如圖4和5所示的結(jié)果。比表面積為45.92m²/g。

實(shí)施例16:

實(shí)施例15制備的還原氧化石墨烯薄膜漂浮在100mL水面用于制備太陽(yáng)能水蒸汽，在3000W/m²光照下照射30min，蒸汽化速率穩(wěn)定在2.32kg/m^-2·h。

從以上對(duì)比例及實(shí)施例可以看出，本發(fā)明提供的制備方法與現(xiàn)有技術(shù)相比更加簡(jiǎn)便、快速、節(jié)能；制備的氧化還原石墨烯薄膜比表面積大，為40～50m²/g；具有高的光熱轉(zhuǎn)化效率，蒸汽化速率在大約30min穩(wěn)定在2.5kg/m^-2·h；具有良好的性能穩(wěn)定性，在10個(gè)太陽(yáng)光的強(qiáng)度下，50次循環(huán)過程中，蒸汽化效率穩(wěn)定在80％以上。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，并非對(duì)本發(fā)明作任何形式上的限制。應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來(lái)說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。