网易首页 > 网易号 > 正文 申请入驻

Adv. Mat.| 文献回溯 | 侧面辅助蒸发抗菌蒸发器

0
分享至

研究背景

太阳能驱动界面蒸发是一种利用海水和太阳能连续生产清洁水的理想策略。在过去的几年里,科学家们致力于设计理想的蒸发器,包括用于高效光热转换的太阳能吸收器,以及用于隔热和输水的浮动结构,以提高蒸发率。3D结构由于减少了光反射和从环境中获得的能量,表现出优异的蒸发性能。然而,以往的工作大多将模拟太阳辐射设置为垂直于蒸发器表面进行蒸发试验,而对模拟倾斜辐射的研究相对较少。受此启发,侧面积辅助蒸发吸引了我们在设计3D蒸发器时的注意,其中蒸发器的表面积和侧面积都可以吸收自然阳光下的太阳能,因为它具有倾斜辐射功能,从而可以放大有效加热面积和蒸发率。因此,侧面积辅助蒸发可以提供一种可行且简单的方案来设计先进的蒸发器以实现超高蒸发率。

文章第一作者为江南大学研究员李昊轩,文章通讯作者为香港科技大学唐本忠院士。相关内容以“Side Area-Assisted 3D Evaporator with Antibiofouling Function for Ultra-Efficient Solar Steam Generation”为题在《Advanced Materials》(JCR一区,TOP, IF2022=39)上发表。

【文章解读】

如图1A所示,一种典型的D-A-D分子(TPA-BTDH)经设计,分三步合成。TPA-BTDH的所有这些特征,包括丰富的分子旋转体、大的扭转角和非平面结构,可能使其分子内运动受到部分限制,但在纤维状态下仍然活跃,可能使高光热转化和ROS产生受益于平衡的能量耗散(图1C)。TPA-BTDH的最大吸收波长位于645 nm,在NIR-II区域,TPA-BTDH的光致发光(PL)光谱在908 nm处达到峰值(图1D)。ROS指示剂DCFH-DA的发射强度显著提高了195倍,显示了ROS产生的高效性(图1E)。在1个太阳的太阳照射下,TPA-BTDH粉末的温度随着时间的推移而升高,并在150秒内达到62.8°C的最高温度,表明其具有良好的太阳能热传递能力(图1F)。

图1. TPA-BTDH分子的结构及相关表征

在TPA-BTDH优异性能的启发下,采用气体成型膨胀技术制备了以TPA-BTDH为太阳能吸收剂的三维结构纳米纤维毡。随后,将TPA-BTDH/PMMA纳米纤维垫切成直径为3cm的圆形,通过等离子体处理以提高其亲水性,然后在NaHB4溶液中膨胀不同的时间(图2A)。随着气泡的产生并通过垫逃逸(图2B),膨胀后纳米纤维垫的厚度变化如图2C所示。显然,随着膨胀时间从10分钟增加到30分钟和60分钟,膨胀的3D AFPCF的高度分别从1厘米增加到3厘米和5厘米。注意,在气体发泡膨胀之前通过等离子体处理得到的2D纳米纤维垫的亲水性赋予了3D AFPCF优越的吸水能力。

图2. AFPCF蒸发器的制备及表征

为了研究侧面积和蒸发速率之间的关系,我们制备了三组高度分别为1、3和5cm的3D AFPCF。这种具有互连孔隙和优异亲水性的全纤维结构赋予了3D AFPCF水传输和蒸汽逸出功能。如图2F中3D AFPCF的紫外-可见-近红外吸收光谱所示,3D AFPCF在500至1000 nm的范围内表现出有效的吸收,这是天然太阳的主要光能带,表明3D AFPCF.具有优异的吸收阳光的能力。

图3. AFPCF蒸发器的蒸发-抗菌性能测试

在1个太阳的垂直照射下,蒸发器的蒸发速率被确定为2.4 kg m−2 h−1,相应的暗蒸发速率为0.8 kg m−2中h−1。值得注意的是,当垂直辐射转向倾斜辐射时,蒸发率从2.4 kg m−2 h−1显著增加到3.6 kg m−1,这主要是由于侧面区域产生的额外热量,并且随着时间的推移,高蒸发率保持稳定(图3E)。

结果表明,侧面辅助蒸发是基于自然阳光倾斜照射提高整体蒸发的简单策略。

【文章总结】

AIEgen是为了实现优异的蒸发性能和防污性能而开发的。AFPCF蒸发器具有互连的孔隙和大的侧面积,这有利于蒸汽逸出并从倾斜的阳光照射中获得能量。巧妙设计的AIEgen使蒸发器具有出色的光热转化和光动力抗菌能力。蒸发器的太阳能蒸发率被确定为高达3.6 kg m−2 h−1。此外,AIEgen在阳光照射下连续产生的ROS高度抑制了蒸发器附近细菌的生长,显示出优越的防污性能。因此,多功能侧面区域辅助蒸发器为构建下一代智能蒸发器打开了一扇窗户,用于水净化和其他应用,包括水分管理、海洋生态系统和废水处理等。

该文首次采用聚集诱导发光材料(Aggregation-Induced Emission, AIE,属于有机材料中的一种)作为光热分子,以其优异的光动力抗菌和光热转化能力,获得高效抗菌的界面蒸发器,利用三维蒸发器的侧面辅助强化蒸发。但聚集诱导发光分子的价格及繁琐的制备工艺可以进一步优化,且三维蒸发器的蒸发速率单位中以蒸发器的投影面积计算,而非受光照表面积,导致蒸发速率在计算上偏大,故单位的优化和统一仍然需要做深入的研究。

【文献来源】

H. Li, W. Zhu, M. Li, et al., Side Area-Assisted 3D Evaporator with Antibiofouling Function for Ultra-Efficient Solar Steam Generation. Adv. Mater. 2021, 33, 2102258.

https://doi.org/10.1002/adma.202102258

声明:仅代表小编个人观点,如有不严谨之处,请您留言指正或讨论!

欢迎广大科研工作者推荐或投递有关光热界面蒸发领域的资讯、科研成果及前沿。

特别声明:以上内容(如有图片或视频亦包括在内)为自媒体平台“网易号”用户上传并发布,本平台仅提供信息存储服务。

Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.

相关推荐
热点推荐
周星驰《功夫女足》亮相 时隔25年功夫足球题材作品

周星驰《功夫女足》亮相 时隔25年功夫足球题材作品

3DM游戏
2026-06-26 19:25:17
地球正在 “喝光” 自己的海洋!研究发现:大量海水正涌入地核

地球正在 “喝光” 自己的海洋!研究发现:大量海水正涌入地核

观察宇宙
2026-06-25 18:58:48
603637,控制权拟转让!新材料巨头实控人或入主

603637,控制权拟转让!新材料巨头实控人或入主

证券时报e公司
2026-06-28 21:44:58
百米赛道陈妤颉身后还有更猛青春风暴 蔡子娴仅练两年就将上亚运

百米赛道陈妤颉身后还有更猛青春风暴 蔡子娴仅练两年就将上亚运

劲爆体坛
2026-06-28 07:55:03
国家正式出手!住院护工大洗牌,以后老人看病不用子女熬夜

国家正式出手!住院护工大洗牌,以后老人看病不用子女熬夜

吃货的分享
2026-06-28 22:06:00
千亿婴儿卫生市场崩坏:21款湿巾20款含毒,9成产品沦陷背后代工模式自噬

千亿婴儿卫生市场崩坏:21款湿巾20款含毒,9成产品沦陷背后代工模式自噬

薛定谔的BUG
2026-06-27 03:57:07
张雪怒了:820不如雅马哈?你嘴好臭!下点注 输了送你100台车

张雪怒了:820不如雅马哈?你嘴好臭!下点注 输了送你100台车

念洲
2026-06-27 20:02:53
仅1天时间,世界杯诞生2大意外1大传奇,乌拉圭沦为笑柄

仅1天时间,世界杯诞生2大意外1大传奇,乌拉圭沦为笑柄

胡一舸南游y
2026-06-28 22:54:42
普京:俄罗斯将坚定捍卫自身根本利益

普京:俄罗斯将坚定捍卫自身根本利益

界面新闻
2026-06-28 21:22:59
妻子心梗住院95天儿子不探望,出院后父亲卖掉婚房,儿子质问

妻子心梗住院95天儿子不探望,出院后父亲卖掉婚房,儿子质问

三农老历
2026-06-28 21:34:45
夏天打死别买6种蔬菜,菜贩子自己都不吃!

夏天打死别买6种蔬菜,菜贩子自己都不吃!

华庭讲美食
2026-06-27 15:34:16
中甲离谱一幕:面对空门长达5秒,球员迟迟不射门,被破坏后跪地

中甲离谱一幕:面对空门长达5秒,球员迟迟不射门,被破坏后跪地

风过乡
2026-06-28 09:00:03
存储芯片龙头获两路资金大举加仓

存储芯片龙头获两路资金大举加仓

数据宝
2026-06-28 13:31:15
​张雪峰女儿11岁生日!妈带她去了古镇,肉眼可见,她已快速成熟

​张雪峰女儿11岁生日!妈带她去了古镇,肉眼可见,她已快速成熟

火山詩话
2026-06-27 15:22:37
“为钱玩命的傻瓜用完了!”前线军人道破真相:克里姆林宫只剩两条路?

“为钱玩命的傻瓜用完了!”前线军人道破真相:克里姆林宫只剩两条路?

荷兰豆爱健康
2026-06-28 10:15:29
历史性一刻!乌鲁木齐到北京首开动车,29小时30分,票价曝光!

历史性一刻!乌鲁木齐到北京首开动车,29小时30分,票价曝光!

椰青美食分享
2026-06-28 14:42:38
围堵裁判、主帅怒指裁判!天津赛后大乱局,把足协逼进无解死局

围堵裁判、主帅怒指裁判!天津赛后大乱局,把足协逼进无解死局

宝哥精彩赛事
2026-06-28 19:33:29
看了黄一鸣的生图近照,我觉得可以为王思聪平反了,黄一鸣生图和直播间差距太大了

看了黄一鸣的生图近照,我觉得可以为王思聪平反了,黄一鸣生图和直播间差距太大了

牛油果生活观
2026-06-26 16:18:28
张艺谋嫌她太洋气两次淘汰,张嘉益赌上事业硬把她塞进组

张艺谋嫌她太洋气两次淘汰,张嘉益赌上事业硬把她塞进组

动物奇奇怪怪
2026-06-28 11:56:36
重创:乌克兰摧毁俄罗斯库班炼油厂!50公里外可见浓烟

重创:乌克兰摧毁俄罗斯库班炼油厂!50公里外可见浓烟

项鹏飞
2026-06-28 21:24:24
2026-06-28 23:48:49
热质纳能 incentive-icons
热质纳能
传热、传质、纳米、能源
2801文章数 78关注度
往期回顾 全部

科技要闻

DeepSeek最新论文:如何让大模型跑得更快

头条要闻

总统候选人梅朗雄:法国须退出北约 绝不能暴力对抗中国

头条要闻

总统候选人梅朗雄:法国须退出北约 绝不能暴力对抗中国

体育要闻

两周飞5万公里!因凡蒂诺遭环保人士猛批

娱乐要闻

曾沛慈拿下《乘风2026》年度总冠军

财经要闻

省钱,我只服梁文锋

汽车要闻

搭载华为乾崑六件套 东风奕派M8预售19.98万起

态度原创

艺术
本地
时尚
数码
公开课

艺术要闻

她不用笔,她用刀

本地新闻

世界杯球迷节:比球赛更好玩的派对

夏天裙子不用买多,建议入手一条蓝裙子,清爽高级又耐看

数码要闻

七彩虹隐星P15 Pro新增“i5-14450HX + 16G + 1T + 5050”规格

公开课

李玫瑾:为什么性格比能力更重要?

无障碍浏览 进入关怀版