太阳能驱动的界面蒸发(SDIE)在缓解全球淡水短缺方面具有巨大的潜力,这需要设计高效的能源转换装置。近日,化学化工学院污染控制与先进材料研究团队在化工学科Top期刊Chemical Engineering Journal(中国科学院一区,IF=15.1)在线发表题为“Black Silver-Decorated liquid metal nanofillers coupled with Glycerol-Modified hydrogel composites for high efficiency solar steam generation and thermoelectric conversion”的研究论文,在高效太阳能驱动海水淡化和协同热电联产方面取得新进展。
图1液态金属基复合纳米材料集成甘油改性水凝胶蒸发器的示意图
该研究成果基于SDIE中产热、能源利用、水输送和蒸发等四个关键过程的多途径调节,开发了一种四重工程设计的水凝胶基蒸发器。该水凝胶基蒸发器将具有高光热转换效率(PCE)为30.4%的表面定制的液态金属纳米颗粒(EGaIn@Ag NPs),作为高效产热的纳米填料。通过定向冷冻,在聚乙烯醇(PVA)水凝胶中构建了垂直排列的微通道,以加速水的运输。将甘油引入到PVA基质中,既能防止从界面到体相水的热损失,又可调节水凝胶中水的键合状态,实现协同作用,以降低水的汽化焓。这种设计使得该装置在1个太阳光强下实现了3.26 kg m−2h−1的高蒸发速率。水凝胶蒸发器(EGaIn@Ag/PVAG)适用于处理真实海水和染料污染的污水,具有良好的脱盐耐久性和自清洁性能。同时,协同设计还赋予了水凝胶光-热-电转换的能力。
这项工作为SDIE器件的协同创新设计提供了新的见解,有望进一步开发基于水凝胶复合材料的能量转换和利用器件,拓展其在太阳能驱动光热技术中的应用前景,特别是在现实生活场景中的应用。
该成果第一完成单位为海南大学,海南大学化学化工学院罗盛旭教授、刘用副教授为论文的共同通讯作者,化学化工学院21级硕士研究生杨菲、21级博士研究生包中华为论文的共同第一作者。
图2.论文发表截图
该项工作得到了国家自然科学基金(21767008)、海南大学科研启动基金(KYQD(ZR)-21059)及海南省自然科学基金重点项目(524RC472)的资助。
文章链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894724033023
第一作者:杨菲、包中华
通讯作者:罗盛旭、刘用
审核人:潘福生