Intensifying Heat Using MOF‐Isolated Graphene for Solar‐Driven Seawater Desalination at 98% Solar‐to‐Thermal Efficiency

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作者
Xuemei Han,Lucas V. Besteiro,Charlynn Sher Lin Koh,Hiang Kwee Lee,In Yee Phang,Gia Chuong Phan‐Quang,Jing Yi Ng,Howard Yi Fan Sim,Chee Leng Lay,Alexander O. Govorov,Xing Yi Ling
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:31 (13) 被引量:129
标识
DOI:10.1002/adfm.202008904
摘要

Abstract Photothermal materials are crucial for diverse heating applications, but it remains challenging to achieve high energy conversion efficiency due to the difficulty to concurrently improve light absorbance and suppress heat loss. Herein, a zeolitic imidazolate framework‐isolated graphene (G@ZIF) nanohybrid is demonstrated that utilizes ultrathin, heat‐insulating ZIF layers, and G@ZIF interfacial nanocavity to synergistically intensify light absorbance and heat localization. Under artificial sunlight illumination (≈1 kW m −2 ), the G@ZIF film attains a maximum temperature of 120 °C in an open environment with a 98% solar‐to‐thermal conversion efficiency. Importantly, the porous ZIF layer allows small molecules/media to enter and access the embedded hot graphene surface for targeted heat transfer in practical applications. As a proof‐of‐concept, the G@ZIF‐based steam generator realizes 96% energy conversion from light to vapor with near‐perfect desalination and water purification efficiencies (>99.9%). This design is generic and can be extended to other photothermal systems for advanced solar‐thermal applications, including catalysis, water treatments, sterilization, and mechanical actuation.
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