海洋能源網(wǎng)獲悉，近期，材料科學(xué)與工程學(xué)院崔洪芝教授課題組在太陽(yáng)能海水淡化領(lǐng)域取得重要研究進(jìn)展，相關(guān)論文以“Biomimetic Micro?Nanostructured Evaporator with Dual-Transition-Metal MXene for Efficient Solar Steam Generation and Multifunctional Salt Harvesting”為題發(fā)表于國(guó)際頂尖期刊《Nano-Micro Letters》。
太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的界面蒸發(fā)是解決全球淡水短缺問(wèn)題最具吸引力的方法之一。然而，在蒸發(fā)器中協(xié)同實(shí)現(xiàn)高蒸發(fā)率、有效鹽分收集和多功能性，仍然是一項(xiàng)關(guān)鍵挑戰(zhàn)。MXene 作為一種新興的二維材料，具有豐富的表面官能團(tuán)、耐腐蝕性、抗菌性，以及成分、帶隙和功函數(shù)的可調(diào)性，為其在復(fù)雜的海洋環(huán)境中實(shí)現(xiàn)多功能性提供了有力保障。但是，惡劣環(huán)境，包括高太陽(yáng)輻照強(qiáng)度、風(fēng)化、低溫結(jié)冰、粉塵、生物污染等導(dǎo)致了蒸發(fā)器的效率和穩(wěn)定性大幅降低。
針對(duì)以上挑戰(zhàn)，崔洪芝教授團(tuán)隊(duì)以具有超疏防污性能的蟬翼結(jié)構(gòu)為靈感，設(shè)計(jì)并構(gòu)建了一種具有仿生微結(jié)構(gòu)的光熱超疏水復(fù)合陶瓷膜。其中，采用雙金屬元素Mo,V摻雜策略，增加了光熱層(V1/2Mo1/2)2CTx MXene的聯(lián)合態(tài)密度，使得光激發(fā)載流子松弛和熱釋放的數(shù)量增加，因此增強(qiáng)了MXene的光熱轉(zhuǎn)換性能。同時(shí)，這一機(jī)理為多主元金屬M(fèi)Xene的光熱轉(zhuǎn)換機(jī)制提供了新的見(jiàn)解。得益于(V1/2Mo1/2)2CTx MXene-200復(fù)合膜增強(qiáng)的“光阱”效應(yīng)、光熱轉(zhuǎn)換和高通量的水傳輸，在單倍光強(qiáng)下能夠?qū)崿F(xiàn)2.23 kg m−2 h−1的高蒸發(fā)速率。此外，由于仿生微納結(jié)構(gòu)超疏水表面的新穎設(shè)計(jì)，復(fù)合膜可以誘導(dǎo)鹽分在膜邊緣進(jìn)行定向沉積，從而實(shí)現(xiàn)鹽分的回收和濃鹽水的零排放。同時(shí)，該復(fù)合膜能夠?qū)崿F(xiàn)協(xié)同的抗/除冰、防污、抗菌等多功能性，克服了蒸發(fā)器多功能性難以兼容的缺點(diǎn)，為太陽(yáng)能蒸發(fā)技術(shù)在復(fù)雜服役環(huán)境中的實(shí)際應(yīng)用提供了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
該項(xiàng)研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目、山東省重大基礎(chǔ)研究項(xiàng)目，山東省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目以及泰山攀登計(jì)劃等項(xiàng)目資助，中國(guó)海洋大學(xué)為唯一完成單位，崔洪芝教授為通訊作者。本論文的第一作者為2021級(jí)博士研究生徐瑞琪同學(xué)。
文章鏈接：
Nano-Micro Letters (2025) 17, 102.
https://doi.org/10.1007/s40820-024-01612-0
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