僅利用太陽(yáng)能即可實(shí)現(xiàn)高效水凈化，光熱蒸水被視為一種獲得飲用水的綠色新途徑，其核心為光熱界面材料。

據(jù)中國(guó)科學(xué)院過(guò)程工程研究所官網(wǎng)最新消息，該所研究員王丹團(tuán)隊(duì)成功開(kāi)發(fā)了一種具有中空多殼層結(jié)構(gòu)（Hollow Multishelled Structures,HoMSs）的非晶納米復(fù)合物，表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱蒸水性能。

研究表明，該材料可以有效提升光熱轉(zhuǎn)換以及水輸運(yùn)過(guò)程，具有高效、高穩(wěn)定性、高環(huán)境耐受力等優(yōu)點(diǎn)。相關(guān)工作發(fā)表在《先進(jìn)材料》上(DOI:10.1002/adma.202107400)。

非晶Ta2O5/C-HoMSs高效光熱蒸水示意圖

淡水資源緊缺是人類面臨的重大挑戰(zhàn)，科學(xué)家期待尋求一種無(wú)需耗電、不受地域限制的材料，以實(shí)現(xiàn)高效海水淡化及污水凈化，光熱界面蒸水日漸成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)。半導(dǎo)體材料由于穩(wěn)定性高，選材范圍廣等優(yōu)勢(shì)，極具應(yīng)用潛力。

基于前期對(duì)HoMS增強(qiáng)物質(zhì)傳遞與能量轉(zhuǎn)化的理解，過(guò)程工程所王丹研究員團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種特殊的HoMSs以強(qiáng)化光熱蒸水過(guò)程。利用該團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)的次序模板法，研究人員首次制備了非晶氧化鉭/碳復(fù)合HoMS材料，并從材料組成、結(jié)構(gòu)出發(fā)探索了其對(duì)光熱蒸水行為的增強(qiáng)機(jī)制。

研究表明，非晶化設(shè)計(jì)和碳復(fù)合可以有效促進(jìn)太陽(yáng)能吸收，提升光熱轉(zhuǎn)換效率和界面熱傳導(dǎo)；HoMS納微結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，強(qiáng)化了太陽(yáng)能捕獲，并提供了毛細(xì)作用和內(nèi)建熱場(chǎng)，從而加速水的輸運(yùn)。同時(shí)，HoMS的孔道結(jié)構(gòu)，削弱了孔道表面附近水分子之間的氫鍵，降低了水的實(shí)際蒸發(fā)焓，實(shí)現(xiàn)了高達(dá)4.02 kg/m2h的光熱蒸水速率，并可穩(wěn)定運(yùn)行30天以上，速率基本保持不變。

實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在海水、含重金屬離子污水、含病毒水源、強(qiáng)酸強(qiáng)堿溶液等苛刻條件下，該HoMS材料仍可保持高蒸水速率及穩(wěn)定性。經(jīng)冷凝收集的清潔水，已達(dá)到我國(guó)和世界衛(wèi)生組織的飲用水標(biāo)準(zhǔn)。目前，該研究團(tuán)隊(duì)正在制備小型便攜式凈水設(shè)備及海水淡化樣機(jī)，以滿足相關(guān)場(chǎng)景下的應(yīng)用需求。

該工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金的支持。

論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202107400