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僅利用(yong)太陽能(neng)即可實現高效水(shui)(shui)凈(jing)化，光(guang)熱蒸水(shui)(shui)被視為一種(zhong)獲得飲用(yong)水(shui)(shui)的綠色新(xin)途徑(jing)，其核心為光(guang)熱界面材料。

據(ju)中(zhong)國(guo)科(ke)學院過程工程研(yan)究所官(guan)網最新(xin)消息，該(gai)所研(yan)究員王丹(dan)團隊成功開發了一種具有中(zhong)空多殼層結(jie)構（Hollow Multishelled Structures,HoMSs）的(de)非(fei)晶(jing)納(na)米復合物，表(biao)現出優異的(de)光熱蒸水性能。

研究表(biao)明(ming)，該(gai)材料可以有(you)效(xiao)提升光(guang)熱轉換(huan)以及水輸運(yun)過程，具有(you)高(gao)效(xiao)、高(gao)穩定性、高(gao)環(huan)境耐(nai)受力等優點。相關(guan)工(gong)作發表(biao)在《先進(jin)材料》上(shang)(DOI:10.1002/adma.202107400)。

非晶(jing)Ta2O5/C-HoMSs高效光(guang)熱(re)蒸水示意圖

淡水資源緊缺(que)是人類面臨的(de)重大(da)挑戰(zhan)，科學(xue)家期(qi)待尋求一種無需耗電、不受地域限制的(de)材料(liao)，以實現(xian)高效海水淡化(hua)及污水凈化(hua)，光熱(re)界面蒸水日漸成為學(xue)術界的(de)研究熱(re)點。半導體(ti)材料(liao)由于(yu)穩(wen)定性高，選(xuan)材范圍廣等(deng)優勢，極具應用(yong)潛力(li)。

基于前期對HoMS增強(qiang)物質傳遞與能量轉化(hua)(hua)的理(li)解，過程工程所王丹研(yan)究員團(tuan)隊(dui)(dui)設計了(le)一種特殊的HoMSs以強(qiang)化(hua)(hua)光熱(re)蒸(zheng)水(shui)過程。利用該團(tuan)隊(dui)(dui)發現的次序模板法，研(yan)究人員首(shou)次制備了(le)非晶氧化(hua)(hua)鉭/碳復合HoMS材料，并從材料組成、結構(gou)出發探索了(le)其對光熱(re)蒸(zheng)水(shui)行(xing)為的增強(qiang)機制。

研究表明，非晶化設(she)計和(he)碳復合(he)可(ke)以有(you)效(xiao)促(cu)進太陽能(neng)吸(xi)收(shou)，提升光(guang)熱(re)轉換效(xiao)率(lv)(lv)和(he)界面熱(re)傳導；HoMS納微結構設(she)計，強化了(le)太陽能(neng)捕(bu)獲(huo)，并提供了(le)毛細作(zuo)用(yong)和(he)內建(jian)熱(re)場，從而加速水(shui)的輸運(yun)。同(tong)時，HoMS的孔道結構，削弱了(le)孔道表面附近水(shui)分子之間的氫鍵(jian)，降(jiang)低了(le)水(shui)的實(shi)際蒸(zheng)發焓，實(shi)現了(le)高達4.02 kg/m2h的光(guang)熱(re)蒸(zheng)水(shui)速率(lv)(lv)，并可(ke)穩定運(yun)行30天以上，速率(lv)(lv)基(ji)本(ben)保持(chi)不變。

實驗(yan)證實，在海(hai)(hai)水(shui)(shui)、含重(zhong)金(jin)屬離(li)子污水(shui)(shui)、含病毒水(shui)(shui)源、強酸強堿(jian)溶液等(deng)苛刻條件下(xia)，該HoMS材料仍可保持高(gao)蒸水(shui)(shui)速率及(ji)穩定性。經冷凝收集(ji)的清(qing)潔水(shui)(shui)，已達到(dao)我國(guo)和(he)世界衛生(sheng)組(zu)織的飲用(yong)水(shui)(shui)標(biao)準。目前，該研究團隊正(zheng)在制備(bei)小型便(bian)攜式凈(jing)水(shui)(shui)設備(bei)及(ji)海(hai)(hai)水(shui)(shui)淡化樣機，以(yi)滿足相(xiang)關場景(jing)下(xia)的應用(yong)需求(qiu)。

該工作得到國家自然科學(xue)基金(jin)的支持。

論文(wen)鏈接：//doi.org/10.1002/adma.202107400