文献分享249：用于高效太阳能驱动界面蒸发的热局部且耐盐 3D 分层多孔陶瓷平台

本期分享中国景德镇陶瓷大学刘钰旻副研究员课题组发表在Small杂志上题目为“Heat-Localized and Salt-Resistant 3D Hierarchical Porous Ceramic Platform for Efficient Solar-Driven Interfacial Evaporation”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发（SDIE）是实现可持续海水淡化和解决全球淡水危机的一种非常有前途的方法。尽管该领域取得了进步，但实现平衡的热定位和耐盐性仍然是一个挑战。在此，该研究提出了一种用于 SDIE 应用的 3D 分层多孔陶瓷平台。所使用的氧化铝泡沫陶瓷 (AFC) 具有出色的耐腐蚀性和化学稳定性，可确保在海水或盐水中延长使用寿命。AFC 中的毫米级充气孔可防止与大量水传导造成的热损失，从而形成热局部界面。大孔AFC骨架的亲水性有利于蒸发表面的快速补水，从而实现有效的抗盐脱盐。得益于其自辐射吸附和侧面辅助蒸发能力，基于AFC的蒸发器在1.0太阳光下的单侧和三侧照明下分别表现出2.99和3.54 kg m−2 h−1的高室内蒸发率。基于AFC的蒸发器在整个21天的长期测试中保持了约2.77 kg m−2 h−1的高蒸发率。此外，在户外作业中，其日产水量可达约10.44 kg m−2。这项工作展示了 3D 分层多孔陶瓷在解决热局部化和耐盐性之间的权衡方面的潜力，并有助于开发耐用的太阳能蒸汽发生器。

Part 2 主要图表

图1是a）p-AFC和相应的分级多孔结构的制备示意图。b）用于太阳能驱动界面蒸发的3D分层多孔陶瓷基蒸发器的示意图，该蒸发器实现了热局部界面、耐盐脱盐、自辐射吸附和侧面辅助蒸发。

图2是a) 不同孔密度的AFC和p-AFC的数字图像。b）厚度为3 cm的各种AFC和p-AFC的太阳光谱和紫外-可见-近红外吸收光谱。p-AFC-50ppi 的 c) C 1s 和 d) N 1s 的高分辨率 XPS 光谱。e) Al2O3、PPy@Al2O3 和 PDA@PPy@Al2O3 的水接触角测量。f) 水沿 AFC-50ppi 传输的随时间变化的光学图像。g) AFC-50ppi 和 h) p-AFC-50ppi 的 SEM 图像。i) p-AFC-50ppi 的 EDS 映射。

图3是a) 不同AFC和p-AFC蒸发器在1 kW m−2光照下60 min内的水质量变化。b) p-AFC-50ppi 的 3.5% 盐水在 0.5、1.0 和 2.0 个太阳下的质量变化。c) p-AFC-50ppi在不同浓度的去离子水和盐水中的蒸发性能。不同 AFC 和 p-AFC 蒸发器在 d) 干燥和 e) 湿润状态下 0 至 60 分钟的一太阳照射下的红外图像。f) 不同 AFC 和 p-AFC 蒸发器在干燥和湿润状态下在 60 分钟内一太阳光照下的表面温度演变曲线。g) p-AFC-50ppi 在 1 kW m−2 光照下的侧辅助蒸发性能。不同孔密度h) 10 ppi、i) 30 ppi、j) 50 ppi的不同蒸发器的二维温度分布数值模拟结果。

图4是a) p-AFC-50ppi蒸发器高盐输送通量现象的照片。表征蒸发器脱盐过程的光学图像：b) 将固体 NaCl 放置在 p-AFC-50ppi 蒸发器的表面上；c) 将p-AFC-50ppi蒸发器置于20% NaCl中，在2.0阳光下照射1 h，加速盐结晶，然后置于3.5% NaCl中不照射，记录耐盐脱盐情况。d) p-AFC-50ppi蒸发器在一太阳光照下处理原始海水（黄海）时室内蒸发速率的稳定性。

图5是a) 室外水蒸发实验装置和监测仪器的照片。b）具有密封圆顶型腔室的蒸发原型在室外照明初始阶段的数字图像，显示外壳上的冷凝。c) 2023年4月16日07:00至17:00室外测试时蒸发率、太阳通量、风速、地表温度、湿度和环境温度的实时变化。d) 原离子浓度 太阳能海水淡化前后从黄海获得的海水。e) 3D宏观陶瓷基蒸发器(p-AFC-50ppi)和报道的具有各种3D结构的蒸发器的蒸发速率的比较。

Part 3 研究团队

刘钰旻 副研究员

刘钰旻，博士，景德镇陶瓷大学副研究员，硕士生导师。长期从事新能源材料与技术领域的研究工作，主要研究方向为新型薄膜光伏器件及锂离子电池。迄今共发表SCI论文50余篇（总引用次数1800余次，h因子26，Researcher ID: G-9803-2013），其中作为第一作者或通讯作者发表27篇（SCI一区杂志收录17篇），包括：Advanced Materials、Advanced Energy Materials、Advanced Functional Materials、Nano Energy、ACS Nano等国际权威期刊；撰写英文专著章节1章；主持完成国家自然科学基金青年基金1项、武汉市青年晨光计划1项、湖北省自然科学基金面上项目1项、江汉大学中青年拔尖人才项目1项；获得国家发明专利授权8项。为Advanced Functional Materials、Chemical Engineering Journal、ACS Applied Materials & Interfaces、Nanoscale、Journal of Power Sources等10余学术期刊审稿人。

课题组网站：https://clgc.jcu.edu.cn/info/1019/3023.htm

原文链接：https://doi.org/10.1002/smll.202400796

引用：Liu, Yumin, et al. "Heat-Localized and Salt-Resistant 3D Hierarchical Porous Ceramic Platform for Efficient Solar-Driven Interfacial Evaporation." Small (2024).

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