意外的原油泄漏于水面就可以破壞環(huán)境并引起經(jīng)濟(jì)浩劫。為了減輕這類(lèi)災(zāi)難，在石油擴(kuò)散之前及時(shí)進(jìn)行干預(yù)以控制和回收石油至關(guān)重要。普通的親脂性吸附劑不起作用，因?yàn)樵吞扯鵁o(wú)法流入其中，尤其是在寒冷的天氣下。這就提出了使用石墨烯泡沫的建議，該泡沫也是一種極好的親脂性吸附劑，因?yàn)樗且环N導(dǎo)體并且可以被電加熱，從而使粗制流體足以吸收。然而，在公海上，電線、電源和電加熱任何物體顯然都是一個(gè)挑戰(zhàn)。在這里，我們提出了一種使用太陽(yáng)能激活石墨烯瓦片的解決方案：在日光照射的幾秒鐘內(nèi)，石墨烯瓦片升溫并吸收，最終將原油填充到自身體積的74%。它可以進(jìn)一步用親脂性的滲油絕熱材料涂覆，成為吸光，保熱和吸油的黑洞。該瓦片能夠承受高達(dá)600℃的高溫，通過(guò)燃燒自身消除吸附的油，可以使其恢復(fù)活力，即使少量供應(yīng)的瓦片也可以持續(xù)使用并在一段時(shí)間內(nèi)防止漏油。可重復(fù)使用的瓦片是通過(guò)熱解相同尺寸和形狀的聚(偏二氯乙烯)泡沫制成的，密度為16 kg m
-3，強(qiáng)度為11.7 kPa。在緊急情況下，最初作為超輕型負(fù)載支撐裝置安裝在石油生產(chǎn)平臺(tái)和原油運(yùn)輸船上的瓦片可以立即重復(fù)吸油，吸油重量是其自身重量的41倍。因此，它們可以為緩解漏油災(zāi)難提供至關(guān)重要的急救作用。
Fig. 1. 利用石墨烯瓦片進(jìn)行太陽(yáng)能活化原油回收的示意圖。
Fig. 2. 高分子粘土制成的石墨烯瓦片。(a)通過(guò)燒制相同尺寸和形狀的聚合粘土(上)獲得的石墨烯瓦片(下)。石墨瓦片的(b-c) SEM圖，(d)高分辨率TEM圖和選定區(qū)域的電子衍射圖及(e)拉曼光譜。(f)水與石墨烯瓦的接觸角。(g)石墨烯瓦漂浮在水面上，但在丙酮中下沉。(h) 20 mg石墨烯瓦支撐200 g重量。
Fig. 3. 石墨烯瓦片的太陽(yáng)能加熱激活原油吸收。(a)模擬不同強(qiáng)度太陽(yáng)照射下石墨烯瓦的紅外圖。(b)在0.5-2太陽(yáng)照射下，石墨烯瓦表面溫度迅速上升至穩(wěn)態(tài)值。室溫下(c)無(wú)和(d)有0.5日光照射在石墨烯瓦上的原油滴，(e)夾在瓦片中的光線經(jīng)過(guò)反復(fù)的內(nèi)部反射后的示意圖。
Fig. 4. 太陽(yáng)能加熱和濕吸收石墨烯瓦片。(a)浸在原油中的瓦片在不同強(qiáng)度的模擬太陽(yáng)照射下的熱圖像。(b)濕瓦在0.5-2日曬下表面溫度逐漸升高至穩(wěn)態(tài)值。(c)在各種太陽(yáng)照射下，瓦片對(duì)原油的體積吸收能力。(d)在1次太陽(yáng)照射下，SiO
2或硫包覆的石墨烯瓦片的吸收能力超過(guò)80℃加熱的瓦片。(e)每次自燃后去除粗油瓦片的循環(huán)性能。
相關(guān)研究成果于2020年由中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所Fuqiang Huang課題組，發(fā)表在Applied Materials Today (https://doi.org/10.1016/j.apmt.2019.100551)上。原文：Solar activated crude oil cleanup using net-shape-formed ultralight graphene tiles。
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簡(jiǎn)歷： |
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教育經(jīng)歷：
1986-1990 南京理工大學(xué)，化工學(xué)院，學(xué)士學(xué)位
1990-1993 吉林大學(xué)，理論化學(xué)研究所，碩士學(xué)位
1993-1996 北京師范大學(xué)化學(xué)系，博士學(xué)位
工作經(jīng)歷:
1996-1998 美國(guó)密西根大學(xué)，化學(xué)系，博后
1998-2000 美國(guó)西北大學(xué)，化學(xué)系，研究助理
2000-2002 美國(guó)西門(mén)子公司，研究開(kāi)發(fā)部，主管科學(xué)家
2002-2003 美國(guó)賓夕法尼亞大學(xué)，材料工程和科學(xué)系，助理研究員
2003-至今 中國(guó)科學(xué)院上海硅酸鹽研究所，高性能陶瓷和超微結(jié)構(gòu)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，研究員
曾獲得獎(jiǎng)勵(lì)、榮譽(yù)稱(chēng)號(hào)：
科研工作簡(jiǎn)介：
提出了被同行稱(chēng)為“Universal Model”的“結(jié)構(gòu)功能區(qū)”和“堆積因子”的材料設(shè)計(jì)概念，系列原創(chuàng)研究被國(guó)際學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)授予“Most Cited Award”、“Hot Article”、“Very Important Paper”；
設(shè)計(jì)和制備了具有石墨烯新結(jié)構(gòu)的被認(rèn)為“輕如氣球、堅(jiān)如鋼鐵”的“超級(jí)材料”、以及突破目前碳基的儲(chǔ)能比容量極限的氮摻雜介孔少層碳發(fā)表《科學(xué)》期刊；
實(shí)現(xiàn)全太陽(yáng)光譜的新型太陽(yáng)能利用、石墨烯基的先進(jìn)儲(chǔ)能、以及綠色納米催化的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用突破。
科研成果：
發(fā)表Science、Nature Mater.、Nature Commun.、Chem. Soc. Rev.、Adv. Mater.、J. Am. Chem. Soc.等高影響力SCI論文300余篇，被引用13,000余次，最高單篇>500次；21篇入選ESI前1%高被引論文。
近年來(lái)圍繞能源材料設(shè)計(jì)和制備做出了系統(tǒng)的創(chuàng)新性工作：基于復(fù)雜化合物晶體結(jié)構(gòu)中原子基團(tuán)的相似相聚特性提出了多物理量協(xié)同的結(jié)構(gòu)功能區(qū)的概念和堆積因子的理論模型，設(shè)計(jì)和合成性能優(yōu)異的能源新材料，有127種新化合物被Pearson's Handbook所收錄；基于多尺度結(jié)構(gòu)和性能的設(shè)計(jì)理論發(fā)明了多種石墨烯的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，氮摻雜介孔少層碳突破目前碳基的比容量極限，相關(guān)成果在Science發(fā)表并獲得關(guān)注；將雙元金屬協(xié)同制備的低缺陷石墨烯應(yīng)用于薄膜太陽(yáng)電池，銅銦鎵硒電池效率達(dá)18.6%，并在國(guó)內(nèi)率先完成兆瓦級(jí)中試示范。申請(qǐng)發(fā)明專(zhuān)利98項(xiàng)（國(guó)外18項(xiàng)）。先后承擔(dān)973、863、NSFC（杰青、重點(diǎn)、面上）等課題30余項(xiàng)，其中國(guó)家杰青結(jié)題為“特優(yōu)”。
http://www.skl.sic.cas.cn/yjly/nyhj/hfq/kycg/
主要承擔(dān)項(xiàng)目：
在研項(xiàng)目：
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國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目，高功率低成本規(guī)模超級(jí)電容器的基礎(chǔ)科學(xué)與前瞻技術(shù)研究，2016-2020，2500萬(wàn)；
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科技部重點(diǎn)領(lǐng)域創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，無(wú)機(jī)能量轉(zhuǎn)換材料與應(yīng)用創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)，2016-2020；
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中國(guó)科學(xué)院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目，高功率儲(chǔ)能材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與性能調(diào)控，2016-2021，300萬(wàn)；
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中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（B類(lèi)），超導(dǎo)新化合物和復(fù)合結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)制備與超導(dǎo)性能研究，2012-2016，1085萬(wàn)；
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國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，三維石墨烯導(dǎo)電網(wǎng)絡(luò)制備與寬光譜太陽(yáng)電池探索，2014-2017，85萬(wàn)；
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上海市科技創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃，石墨烯基高功率儲(chǔ)能器件的基礎(chǔ)科學(xué)與前瞻技術(shù)研究，2016-2019，100萬(wàn)；
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上海市科委基礎(chǔ)重點(diǎn)項(xiàng)目，納米黑色二氧化鈦的全太陽(yáng)光譜利用，2013-2016，40萬(wàn)；
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上海市科委國(guó)際學(xué)術(shù)合作交流，新型黑色納米二氧化鈦與太陽(yáng)能高效利用，2014-2017，30萬(wàn)；
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產(chǎn)學(xué)研合作項(xiàng)目，先進(jìn)儲(chǔ)能材料與器件，2016-2020，5000萬(wàn)。
已結(jié)題的項(xiàng)目
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科技部863計(jì)劃，低成本非真空銅銦鎵硒太陽(yáng)電池中試技術(shù)，2012-2014；
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科技部973項(xiàng)目，新型光電轉(zhuǎn)換材料的設(shè)計(jì)和制備，2007-2011；
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國(guó)家杰出青年科學(xué)基金，新型光電材料與薄膜太陽(yáng)電池研究，2012-2015；
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國(guó)家自然基金委創(chuàng)新研究群體科學(xué)基金，高性能無(wú)機(jī)復(fù)合能量轉(zhuǎn)換材料的研究，2012-2014
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國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，光電和光催化材料的結(jié)構(gòu)和性能關(guān)系模型，2008-2010
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國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目，新型p型透明導(dǎo)電體合成與性能研究，2006-2008
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中國(guó)科學(xué)院院重點(diǎn)部署項(xiàng)目，石墨烯在太陽(yáng)電池中的前期探索，2012-2014
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中國(guó)科學(xué)院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目，大面積銅銦鎵硒薄膜太陽(yáng)電池低成本制備，2008-2010
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中科院知識(shí)創(chuàng)新工程重要方向項(xiàng)目，石墨烯制備、物性與應(yīng)用探索，2009-2011
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上海市學(xué)術(shù)帶頭人，新型光電材料與薄膜太陽(yáng)電池研究，2012-2014
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上海市浦江人才，平面顯示用無(wú)機(jī)電光材料，2005-2007
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上海市科委基礎(chǔ)研究領(lǐng)域項(xiàng)目，高臨界溫度和臨界磁場(chǎng)鐵基超導(dǎo)材料的制備，2010-2012
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上海市科委基礎(chǔ)研究領(lǐng)域項(xiàng)目，基于太陽(yáng)能利用的光電轉(zhuǎn)換材料中空曠度模型和復(fù)合模型，2008-2010，
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上海市科委非政府間國(guó)際科技合作項(xiàng)目，新一代光伏透明導(dǎo)電氧化鋅基薄膜的研究，2010-2012
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上海市科委納米專(zhuān)項(xiàng)，高性能鋰離子電池正極材料的宏量制備，2009-2011
詳細(xì)介紹：
http://www.skl.sic.cas.cn/yjly/nyhj/hfq/sy/
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