湖大王贤宝教授演绎神奇 巧用石墨冷水直接变蒸汽

万物生长靠太阳，如何才能高效利用太阳能一直是科学界关注热点。近日，材料科学与工程学院的王贤保教授团队利用碳基材料，开发太阳能水蒸汽技术，可快速将冷水变成蒸汽，将太阳能光热转换效率提高到九成，在海水淡化等领域有广泛的应用前景。不久前，英国著名化学新闻杂志《化学世界》对此项研究进行了专访报道。

巧用石墨让冷水直接变水蒸汽

“普通的太阳能光热转换采用的是太阳能集热管的方式，像太阳能热水器的利用效能只有20%。”王贤保发现，石墨烯气溶胶在阳光下，可以将水汽化成水蒸汽，而且本体水的温度远低于其沸点。“现有的太阳能海水淡化技术，要蒸发海水收集蒸汽，太阳能利用效率低；反渗透膜分离淡化法耗能低，但海水预处理要求高，工程造价和运行成本高。我们的石墨烯气溶胶要简单高效得多。”

“不需要把水烧至沸腾，也能产生水蒸气，原料只是普通的石墨粉。”王贤保表示，科学家们一直在想办法利用太阳能，石墨烯等碳基材料正是近年来的研究热点。

反复试验后，王贤保团队将石墨烯气溶胶制备成一张神奇的“薄膜”，不仅可以随波漂浮在水面上，在模拟太阳光条件下，水蒸发速率可以提高13倍，“薄膜”附近水体温度最高也只有45°C。“这种漂浮的石墨烯光热转换效率高达94%，而传统商业光伏电池的能量转换效率仅为10-20%。”

这项技术受到了多方关注，日本国立材料研究所光电子纳米工程学研究员评论称，王贤保教授团队用一个简单的方法构筑出高效的太阳能吸收材料，并且可以实现规模化生产。

高贡献度背后是不断试错

在我校，王贤保是ESI贡献度最高的教授之一，发表在国际期刊上的论文被SCI引用1800余次，他引1500余次。

与材料打了20多年交道，王贤保觉得越做越有意思。“挑选出最适合的材料，是个不断试错的过程，考验着科研人员的智慧与毅力。”在他看来，只有颠覆性技术才能不被“卡脖子”。

比如在太阳能蒸汽技术上，王贤保团队一开始是把贵金属纳米颗粒分散在水体中，但是效果不理想、成本也高；后来课题组做了氧化石墨烯与贵金属结合的纳米流体，但是回收困难也容易造成二次污染；多方试验后，确定了三维材料石墨烯气溶胶；最后，他们创新制备出漂浮式“薄膜”。

研究生刘行航难忘炎热的夏季，王贤保带着学生们在教学楼顶制备了一个微型设备观测。铺着沥青的楼顶温度飙升，他们却雷打不动地记录了两个月，考察技术的实际效果。“很辛苦，王老师白天有繁重的行政工作，只能晚上给学生上课，周末召集课题组开会，他总能启发我们不断改进。”

如今，这项技术已经申请了10项国家发明专利，其中5项获得授权，获得多项了具有自主知识产权的先进太阳能蒸汽技术。“现在还在开发新型光热材料，对技术和设备不断进行完善，将来可以用到太阳能光热发电、海水淡化、污水处理、医疗消毒等领域。”王贤保对前景充满信心。