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王賢保，博士生導師，現任(ren)湖北(bei)大學(xue)材料科學(xue)與工(gong)程學(xue)院(yuan)院(yuan)長，教育(yu)部“功能材料綠色(se)制備與應用”重點(dian)實驗室主任(ren)。在石墨(mo)烯等碳納米材料的可控性制備、性能、化學(xue)修飾及(ji)在能源(yuan)、環境監測等領域的應用開展(zhan)了(le)系(xi)統研究工(gong)作，先后在權(quan)威國際期刊(kan)上發表論文(wen)150余(yu)篇。

萬物生長靠太(tai)(tai)陽，科學(xue)家們一(yi)直(zhi)在研究(jiu)如何(he)高效利用(yong)太(tai)(tai)陽能(neng)。近日(ri)，記者從(cong)湖北大學(xue)獲悉，該校材(cai)料科學(xue)與工(gong)程(cheng)學(xue)院(yuan)的(de)王賢保教(jiao)授團隊利用(yong)碳基材(cai)料，開發(fa)太(tai)(tai)陽能(neng)水蒸汽(qi)技術，可快(kuai)速將冷水變成蒸汽(qi)，將太(tai)(tai)陽能(neng)光熱轉(zhuan)換效率(lv)提高到九成，在海水淡化等領(ling)域有廣泛的(de)應(ying)用(yong)前景(jing)。不久(jiu)前，這項研究(jiu)還(huan)登上了英國(guo)著名(ming)化學(xue)新聞雜志(zhi)《化學(xue)世界》。

巧用石墨讓冷水直接變水蒸汽

“不(bu)需要把(ba)水燒(shao)至沸(fei)騰，也能產(chan)生水蒸氣，原料(liao)只是普通的(de)石(shi)墨粉。”湖北(bei)大學(xue)材料(liao)科學(xue)與工程學(xue)院(yuan)院(yuan)長王賢保表示(shi)，科學(xue)家們一直在想辦法(fa)利用太陽能，石(shi)墨烯等(deng)碳(tan)基材料(liao)正是近年來的(de)研究熱點。

普通(tong)的(de)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)光(guang)熱(re)轉換采用(yong)的(de)是太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)集熱(re)管的(de)方式，像(xiang)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)熱(re)水(shui)器(qi)的(de)利(li)用(yong)效能(neng)(neng)只有(you)20%。”王賢保發(fa)現，石(shi)墨(mo)烯氣(qi)溶膠在陽光(guang)下(xia)，可(ke)以將水(shui)汽(qi)(qi)化(hua)(hua)成水(shui)蒸(zheng)汽(qi)(qi)，而(er)且本體水(shui)的(de)溫(wen)度遠低(di)于其沸點(dian)。“現有(you)的(de)太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)海(hai)水(shui)淡化(hua)(hua)技術，要(yao)蒸(zheng)發(fa)海(hai)水(shui)收集蒸(zheng)汽(qi)(qi)，太(tai)(tai)陽能(neng)(neng)利(li)用(yong)效率(lv)低(di)；反滲透膜分(fen)離淡化(hua)(hua)法耗(hao)能(neng)(neng)低(di)，但海(hai)水(shui)預處理要(yao)求高，工程造價和運行(xing)成本高。我們的(de)石(shi)墨(mo)烯氣(qi)溶膠要(yao)簡單高效得多。”

反(fan)復試驗后(hou)，王賢保團隊將石墨烯氣溶膠(jiao)制備成(cheng)一(yi)張神奇的“薄膜”，不(bu)僅可以隨波漂(piao)浮在(zai)水(shui)面上，在(zai)模擬太陽光條件(jian)下，水(shui)蒸發速率可以提高13倍，“薄膜”附近水(shui)體溫(wen)度最高也(ye)只有45°C。“這種漂(piao)浮的石墨烯光熱轉(zhuan)換效率高達94%，而傳統(tong)商業光伏電(dian)池(chi)的能量轉(zhuan)換效率僅為10-20%。”

這項技(ji)術(shu)受到了(le)多(duo)方(fang)關注，日本(ben)國立材料研(yan)究所光電(dian)子納米工程學研(yan)究員評(ping)論稱，王賢保(bao)教授團隊用一(yi)個簡(jian)單的(de)方(fang)法構筑出高效的(de)太(tai)陽能(neng)吸收(shou)材料，并且可(ke)以實現規模化生產。

高貢獻度背后是不斷試錯

在湖北(bei)大學，王賢保是該校ESI貢獻度最高的教(jiao)授(shou)之一，發表在國際期刊(kan)上的論(lun)文被SCI引用1800余次(ci)，他引1500余次(ci)。

與材(cai)料(liao)打了20多年交(jiao)道，王賢保覺得越做(zuo)越有意思。“挑選出最適合的材(cai)料(liao)，是個不斷試錯(cuo)的過程，考(kao)驗著科研人員的智慧與毅力。”在他看來，只有顛覆性技術才能不被“卡脖子”。

比如(ru)在太陽能蒸汽(qi)技術上，王(wang)賢保團隊(dui)一開始(shi)是把貴金屬納米顆粒分(fen)散在水(shui)體中(zhong)，但(dan)是效果不理想、成本也高；后來課題(ti)組做了氧化石墨烯(xi)與貴金屬結合的納米流體，但(dan)是回收困難也容易造成二次污染；多方試驗后，確定了三維材料石墨烯(xi)氣溶(rong)膠；最后，他們創新(xin)制備出漂浮式(shi)“薄膜”。

研究生劉行航(hang)難忘炎(yan)熱(re)的夏季，王賢保帶(dai)著(zhu)學(xue)生們在教學(xue)樓頂制備(bei)了一個微型設備(bei)觀測。鋪(pu)著(zhu)瀝青的樓頂溫度飆升(sheng)，他(ta)們卻雷打不動地記錄了兩個月，考察技術(shu)的實際效果。“很(hen)辛(xin)苦，王老師白天有繁重的行政(zheng)工作，只能晚(wan)上(shang)給學(xue)生上(shang)課(ke)，周末召集課(ke)題組開會，他(ta)總能啟發我(wo)們不斷改進。”

如今，這項(xiang)技術已經申請了(le)(le)10項(xiang)國(guo)家發(fa)明(ming)專利，其中5項(xiang)獲得授權(quan)，獲得多(duo)項(xiang)了(le)(le)具(ju)有自主知(zhi)識產(chan)權(quan)的先進太(tai)陽(yang)(yang)能蒸汽技術。“現(xian)在還在開(kai)發(fa)新型光(guang)(guang)熱(re)材料，對技術和設備不斷進行完善，將(jiang)來可以用到(dao)太(tai)陽(yang)(yang)能光(guang)(guang)熱(re)發(fa)電(dian)、海水(shui)淡(dan)化、污水(shui)處理、醫療消毒等領域。”王賢(xian)保對前(qian)景(jing)充滿信心。