淡水資源緊缺是人類面臨的重大挑戰(zhàn)，科學家期待尋求一種無需耗電、沒有地域限制的材料，以實現(xiàn)僅依靠太陽能的高效水凈化。界面光熱蒸水被視為一種綠色的獲得飲用水的新途徑。
近期，中國科學院過程工程研究所研究員王丹團隊在《先進材料》上發(fā)表論文，報道了一種具有中空多殼層結(jié)構（HoMSs）的非晶納米復合物。將其作為界面光熱蒸水材料，有效地提升了光熱轉(zhuǎn)換以及水輸運效率，實現(xiàn)了高速、高穩(wěn)定性、高環(huán)境耐受力的光熱蒸水。
據(jù)了解，光熱蒸水的核心是光熱界面材料，而半導體材料具有穩(wěn)定性高，選材范圍廣等優(yōu)勢，具有巨大的應用潛力。
王丹團隊通過對HoMS光熱蒸水的過程分析，利用該團隊發(fā)展的次序模板法，首次制備了非晶五氧化二鉭/碳復合HoMS材料，并從材料組成、結(jié)構的角度研究了其對光熱蒸水行為的增強機制。
研究表明，非晶化設計和碳復合，有效提升了太陽能吸收，提升了光熱轉(zhuǎn)換效率和界面熱傳導；設計的HoMS納微結(jié)構，強化了太陽能捕獲，并通過毛細作用和內(nèi)建熱場，加速了水的輸運。同時，HoMS的孔道結(jié)構，削弱了孔道內(nèi)水分子之間的氫鍵，降低了水的實際蒸發(fā)焓，達到了高效蒸水的效果。
實驗結(jié)果證實，在一個太陽光下，這種獨特的結(jié)構和組成實現(xiàn)了高達4.02 kg/m2h的光熱蒸發(fā)水速率，并可穩(wěn)定運行30天以上，蒸水速率基本不變。
特別是，在用于海水、含重金屬離子污水、含病毒水源以及強酸強堿溶液等不同苛刻條件下，該材料仍可保持高的蒸水速率和穩(wěn)定性。經(jīng)冷凝收集的清潔水，已達到我國和世界衛(wèi)生組織的飲用水標準。
目前，該研究團隊正在積極準備小型便攜式凈水設備及海水淡化樣機，以滿足相關場景下的應用需求。
非晶Ta2O5/C-HoMSs高效光熱蒸水示意圖（研究團隊供圖）
