四川
【研究背景】
通过热局域太阳能驱动的界面蒸发技术已被证明是最有前途的技术之一，可用于广泛的水相关应用，以缓解全球缺水和污染问题。然而，太阳能在实际中受环境变化而有波动，太阳能的这种波动可能会使传统的太阳能蒸发器效率大打折扣，给维持有效的热蒸发留下严峻挑战。
基于此，该文报道一种减缓太阳波动的混合凝胶材料（MHG），该材料具有相变材料的化学集成，以在太阳波动下实现高效的蒸汽生成。通过在太阳能过剩时储存太阳能，在太阳能不足时提供热能来维持蒸发，MHGs太阳能蒸发器在太阳能波动下实现1.7 ± 0.02 kg m−2 h−1(0.8 sun)和1.3 ± 0.06 kg m−2 h−1 (0.5 sun)的蒸发速率。目前，该文以“Arch-Bridge Photothermal Fabric with Efficient Warp-Direction Water Paths for Continuous Solar Desalination”为题在《Solar RRL》（JCR：Q2，IF2022=7.9）上发表。通讯作者为中国科学技术大胡源教授。
【图文速递】
图1. MHG的制备方法和蒸发原理
图2. 波动光强MHG蒸发性能
图3. 全天候蒸发性能测试。
【文章亮点】
1. 该文提出了一种3D混合凝胶（MHG）材料，用于通过集成PCM在能量过剩时存储能量和在能量不足时提供能量来稳定太阳能波动下的蒸汽生成性能。MHG材料是通过使用MOF衍生的ZrOx/多孔碳作为太阳能热转换材料，PEG作为PCM，PVA作为支撑基质来实现的。将MOF衍生的ZrOx/多孔碳均匀分散在PEG-PVA前体溶液中。使用共聚方法将PEG与PVA化学接枝以形成共聚物水凝胶，其中PEG和PVA分子通过醛缩合通过戊二醛交联剂共价连接。
2. 由于MOF衍生的ZrOx/多孔碳的卓越光热效应，所得的混合凝胶吸收了广泛的太阳光谱，并有效地将太阳辐射转化为热能。随着MHG的构建，微米通道和内部间隙形成了分级多孔结构，这些分级孔隙为水泵送水提供了关键的水通道，并从主体向蒸发表面扩散，以维持充足的水供应。
3. 当太阳能波动时，多余的太阳能被转化为热能并通过MHG的集成PEG进行储存，然后储存的热能被提供给蒸发水，以平滑蒸汽发电性能的损害。
4. 由于PEG和PVA之间牢固的共价结合，避免了由相变或水蒸汽扩散引起的泄漏和浸出。MHG的分子网通过团簇逃逸效应降低了蒸发焓，从而使水蒸发所需的能量最小化。
【文章总结】
该文提出的MHG相变材料实现了在太阳波动下的有效蒸发。PVA-PEG凝胶的3D框架形成了一个分级的水通道，保证了快速补水，优化的水传输速率为0.486 ± 0.053 g min−1，并建立了合理的热量管理，从而产生蒸发速率为2.2 kg m−2 h−1（1.0 sun）。此外，在波动的太阳辐射下，MHG的集成相变材料通过在高周期存储多余的太阳能并在低周期提供热能来维持有效的热驱动蒸发，有效地平滑了快速变化的太阳光强。结合蒸发焓降低的特性，MHG甚至能够在24小时内维持长时间的热驱动蒸发 从白天到晚上的盐水脱盐。此外，MHG稳定、无泄漏、无毒且环保。所有这些特性都证明了太阳能蒸发器在实际应用中（包括海水淡化、盐水浓度和废水净化）减轻太阳能波动造成的损害的可行策略。
【文献来源】
Lei, S., Li, Z., Xu, H., Liu, J., Cai, W., Song, L. and Hu, Y. (2024), Phase-Change Material-Integrated Hybrid Gels for Solar Steam Generation Under Solar Fluctuations. Sol. RRL 2400051.
https://doi.org/10.1002/solr.202400051
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