全球飲用水短缺對人類來說是一個嚴(yán)重的問題。水凈化消耗大量化石能源，產(chǎn)生二次污染。
太陽能熱界面蒸發(fā)被認(rèn)為是解決這個問題的最有希望的策略。然而，開發(fā)一種兼具高效太陽能蒸汽轉(zhuǎn)換和良好環(huán)境耐受性的優(yōu)化材料仍然具有挑戰(zhàn)性。
中國科學(xué)院過程工程研究所(IPE)的研究人員開發(fā)了一種用于太陽能蒸發(fā)的具有空心多殼結(jié)構(gòu)(HoMS)的超穩(wěn)定非晶Ta2O5/C納米復(fù)合材料，可提高水凈化效率.
該研究于 10 月 29 日發(fā)表在Advanced Materials上。
該研究的通訊作者王丹教授說：“HoMS構(gòu)建塊中精確的原子和成分控制實(shí)現(xiàn)了在費(fèi)米能級附近具有豐富能態(tài)的間接帶隙結(jié)構(gòu)，這增強(qiáng)了非輻射弛豫以促進(jìn)光熱轉(zhuǎn)換。”“獨(dú)特的空心多殼結(jié)構(gòu)可以像黑體一樣有效地增強(qiáng)光吸收。”
HoMS 降低了水蒸發(fā)所需的能量。仿真結(jié)果表明，HoMS 建立了熱場梯度，從而為蒸汽蒸發(fā)提供了驅(qū)動力。
“HoMS 也有利于水路運(yùn)輸，”王說。“由于毛細(xì)管泵效應(yīng)，HoMS 中的密閉腔促進(jìn)了液態(tài)水的擴(kuò)散，HoMS 中的納米孔促使水分子以簇的形式蒸發(fā)，從而使蒸發(fā)的焓降低。”
憑借高效的光吸收和光熱轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了4.02 kg m-2h-1的超快蒸發(fā)速度。30天后蒸發(fā)速度幾乎沒有變化，沒有鹽分積累，表明長期穩(wěn)定。
值得注意的是，蒸發(fā)后假病毒 SC2-P 的濃度可以降低六個數(shù)量級。
這種無定形Ta2O5/C 復(fù)合材料易于制造、運(yùn)輸、儲存和回收?？捎糜诤Ｋ膬艋?qū)亟饘倩蚣?xì)菌的水進(jìn)行凈化，獲得符合世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)的飲用水。
IPE的科學(xué)家們正在為孤島上的居民準(zhǔn)備海水淡化的原型。
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