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僅利用太陽能(neng)即可實現高效水凈化，光熱蒸水被視為(wei)一種獲(huo)得(de)飲(yin)用水的綠色新(xin)途徑，其核心為(wei)光熱界面材料。

據中(zhong)國科學院過程(cheng)工程(cheng)研究所官網最新消息，該所研究員王丹團隊(dui)成(cheng)功開發了(le)一種(zhong)具有中(zhong)空多殼層結構（Hollow Multishelled Structures,HoMSs）的非晶(jing)納米復合物，表現出優異的光熱(re)蒸水性能。

研究表明(ming)，該材(cai)(cai)料(liao)可以(yi)有效提升(sheng)光熱轉換以(yi)及水輸運過程(cheng)，具有高(gao)效、高(gao)穩定性、高(gao)環境(jing)耐受(shou)力(li)等優點。相(xiang)關工作發表在《先(xian)進材(cai)(cai)料(liao)》上(shang)(DOI:10.1002/adma.202107400)。

非晶Ta2O5/C-HoMSs高效光熱蒸水示意(yi)圖

淡(dan)水資源(yuan)緊缺是(shi)人類(lei)面臨的重大挑戰，科學(xue)家(jia)期(qi)待尋求一種無(wu)需(xu)耗(hao)電、不受地(di)域限制的材(cai)料，以(yi)實現高效海水淡(dan)化及污水凈化，光(guang)熱(re)(re)界面蒸水日漸成為(wei)學(xue)術界的研究(jiu)熱(re)(re)點。半導體材(cai)料由于穩定性高，選材(cai)范圍廣等優勢，極具應用潛力。

基于前(qian)期(qi)對HoMS增強(qiang)物質傳遞與能量(liang)轉化的(de)(de)理解(jie)，過(guo)程工程所王(wang)丹(dan)研究員團隊設計了一種特殊(shu)的(de)(de)HoMSs以強(qiang)化光熱蒸(zheng)水(shui)(shui)過(guo)程。利用該(gai)團隊發現的(de)(de)次序模(mo)板法(fa)，研究人員首次制備了非(fei)晶氧化鉭(tan)/碳(tan)復合HoMS材料(liao)，并(bing)從材料(liao)組成、結構出發探(tan)索了其對光熱蒸(zheng)水(shui)(shui)行(xing)為的(de)(de)增強(qiang)機制。

研究表(biao)明，非晶化(hua)設計(ji)和碳復合可以(yi)有(you)效促進太陽能吸收，提(ti)升光熱轉換效率和界面熱傳(chuan)導；HoMS納(na)微結構設計(ji)，強化(hua)了(le)太陽能捕(bu)獲，并提(ti)供(gong)了(le)毛細作用和內建熱場，從而加速水的(de)(de)輸運。同時(shi)，HoMS的(de)(de)孔(kong)道(dao)結構，削弱了(le)孔(kong)道(dao)表(biao)面附近水分子之間(jian)的(de)(de)氫鍵，降低了(le)水的(de)(de)實際蒸發(fa)焓，實現了(le)高達4.02 kg/m2h的(de)(de)光熱蒸水速率，并可穩(wen)定運行(xing)30天以(yi)上，速率基本(ben)保持不變。

實驗證(zheng)實，在(zai)海水(shui)、含重金屬離子污水(shui)、含病毒水(shui)源、強酸強堿溶液等苛刻條(tiao)件下，該HoMS材料仍可保持(chi)高蒸水(shui)速率及(ji)穩定(ding)性。經冷凝收(shou)集的清潔水(shui)，已(yi)達到我國(guo)和世(shi)界衛生組織的飲用(yong)(yong)水(shui)標準。目前，該研究團隊正(zheng)在(zai)制(zhi)備(bei)小型(xing)便攜(xie)式凈水(shui)設備(bei)及(ji)海水(shui)淡化樣機，以滿足相關場景下的應用(yong)(yong)需求。

該(gai)工(gong)作得(de)到國家自然科學基金(jin)的(de)支持(chi)。

論文鏈接：//doi.org/10.1002/adma.202107400