碳材料组成、结构与光热转换性能
太阳能作为低品位，不连续不稳定的能量来源，由于其清洁，几乎无限量的特点而被国内外的学者们所重视。太阳能的应用目前有以下五个方面的应用：光照直接利用，光热转换，光电转换，光化学利用和光生物利用。其中，太阳能光热转换技术在水蒸发上的运用能够一举解决水资源短缺和化石燃料污染问题。光热转换技术主要是通过光热转换材料将太阳能转换为热能。除了蒸汽携带的热量可以加以利用，此技术还可以用于海水淡化[1]，污水处理[2]，灭菌[3]等。能够回收重金属离子再利用，降解有机污染物等。
1光热转换系统
目前光热转换系统主要存在四种形式。
第一种是纳米流体形式。系统不存在一个总的太阳能的吸收体，采用纳米颗粒分散在溶液中来吸收热量，对周围的液体加热完成光热转换。第二种是通过悬浮在液体中的太阳能吸收体来吸收热量，对周围液体进行局部加热。第三种是漂浮式，即太阳能吸收体漂浮在溶液表面，对表面的溶液进行加热，使其气化。第四种是间接式。太阳能吸收体不与溶液直接接触，通过一个通道使溶液到达吸收器表面，吸收器对少量的溶液集中加热使其达到沸点。为了提高光热转换系统的效率，关键是使太阳能吸收体的热量集中于一个部位，集中加热，减少热量损失。[4]另外液体传输效率也十分重要。若是采用间接式结构，液体被毛细作用吸到太阳能吸收器表面，高效的水传输系统是必要的，常用的有二维水传输。传统的二维水传输结构能够解决供水和热传导损耗的问题。李秀强等在一块低导热率（约0.04W/mk）的泡沫上覆盖一层亲水纤维能够使氧化石墨烯吸收体在一个太阳下获得80%的光热-蒸汽转化效率[5]。此外他们还制作了一种三维结构的蒸发结构，在没有外加的聚焦和保温措施下，一个太阳下的光热-蒸汽转换效率可达85%[6] 。
整个太阳能光热转换系统的重点在于太阳能吸收材料的光热转换效率。太阳光的波段很宽，但是一种物质的吸收光谱在某种特定状态下只局限于较短的范围内。太阳光的辐射能量主要集中在0.3~2.5范围内，380nm为紫外光，380nm~780nm为可见光，780nm以上为红外光，太阳光最大能量分布在可见光范围，约为53%，红外光能量占比约为46%，在红外光范围内，近红外光占红外光能量的比例达到90%。所以太阳能吸收体只要保证在可见光到近红外光范围内有高吸收率和低发射率即可。
2光热转换材料
目前常见的光热转换材料有三种，半导体，金属材料和碳基材料。
半导体也是一种良好的光热转换材料。半导体价带上的电子吸收光子的能量大于等于禁带宽度时，可以被激发到导带上去，从而在价带上产生空穴，电子-空穴对放松到能带边缘，通过热化过程将额外能量转换为热量。王兆洁课题组[7]制备了亲水性的Cu9S5纳米片-一种空穴掺杂的半导体材料，其p型载流子具有强烈的表面等离子共振吸收，在980nm激光照射下，Cu9S5纳米片的光热转换效率高达25.7%，高于金纳米棒（23.7%）。
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