海洋能源網(wǎng)獲悉，近期，材料科學與工程學院崔洪芝教授課題組在太陽能海水淡化領(lǐng)域取得重要研究進展，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)表于國際頂尖期刊《Nano-Micro Letters》。
太陽能驅(qū)動的界面蒸發(fā)是解決全球淡水短缺問題最具吸引力的方法之一。然而，在蒸發(fā)器中協(xié)同實現(xiàn)高蒸發(fā)率、有效鹽分收集和多功能性，仍然是一項關(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、耐腐蝕性、抗菌性，以及成分、帶隙和功函數(shù)的可調(diào)性，為其在復雜的海洋環(huán)境中實現(xiàn)多功能性提供了有力保障。但是，惡劣環(huán)境，包括高太陽輻照強度、風化、低溫結(jié)冰、粉塵、生物污染等導致了蒸發(fā)器的效率和穩(wěn)定性大幅降低。
針對以上挑戰(zhàn)，崔洪芝教授團隊以具有超疏防污性能的蟬翼結(jié)構(gòu)為靈感，設計并構(gòu)建了一種具有仿生微結(jié)構(gòu)的光熱超疏水復合陶瓷膜。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，因此增強了MXene的光熱轉(zhuǎn)換性能。同時，這一機理為多主元金屬MXene的光熱轉(zhuǎn)換機制提供了新的見解。得益于(V1/2Mo1/2)2CTx MXene-200復合膜增強的“光阱”效應、光熱轉(zhuǎn)換和高通量的水傳輸，在單倍光強下能夠?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計，復合膜可以誘導鹽分在膜邊緣進行定向沉積，從而實現(xiàn)鹽分的回收和濃鹽水的零排放。同時，該復合膜能夠?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，為太陽能蒸發(fā)技術(shù)在復雜服役環(huán)境中的實際應用提供了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>
該項研究工作得到了國家自然科學基金重點項目、山東省重大基礎(chǔ)研究項目，山東省重點研發(fā)計劃項目以及泰山攀登計劃等項目資助，中國海洋大學為唯一完成單位，崔洪芝教授為通訊作者。本論文的第一作者為2021級博士研究生徐瑞琪同學。
文章鏈接：
Nano-Micro Letters (2025) 17, 102.
https://doi.org/10.1007/s40820-024-01612-0
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