文献分享301：三维 NiO/Ni 自浮多孔复合材料用于高效太阳能界面蒸发

本期分享中国兰州理工大学李世友教授课题组发表在Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects杂志上题目为“Three-dimensional NiO/Ni self-floating porous composite materials for efficient solar interfacial evaporation”的研究文章。

Part 1 文章简介

淡水资源的匮乏和能源危机是人类社会进步面临的重大挑战。近年来，太阳能驱动的界面水蒸发利用光热转换材料将太阳能转化为热能，在海水淡化和污水处理方面具有巨大的应用潜力。在这里，本文制备了含有大量 NiO 纳米针阵列的多孔镍海绵 (NSP) 复合光热材料 (NiO-NSP)。这种原位生长的 NiO 具有增强的光热材料和基底之间的结合力，可直接用作太阳能吸收器，与载体表面的传统涂层和包覆相比，无需消耗额外的光热材料。由于半导体 NiO 纳米针阵列在镍纤维表面的多重散射诱导光捕获效应，导致光吸收率高达 96.5%。NiO-NSP 蒸发器具有大量相互连接的多孔供水通道，从而产生强大的毛细作用，有效地将水泵送到蒸发界面。此外，高度分散的纳米针阵列扩大了蒸发表面积。因此，NiO-NSP 蒸发器在一次太阳辐射下可提供 1.78kgm−2 h−1 的出色蒸发速率和 84.7 % 的光热转换效率。此外，NiO-NSP 的微米级多孔网状结构可溶解盐晶体并将其向下扩散到大量盐水中，表现出优异的抗盐性和显著的海水淡化稳定性。此外，NiO-NSP 太阳能蒸发器已被证明具有出色的净化染料和重金属离子废水的能力。因此，通过简单工艺生产的 NiO-NSP 高性能蒸发器被证明适用于太阳能海水淡化和废水净化。

Part 2 主要图表

图1是(a) NiO-NSP 制备过程示意图。(b、c) NSP 和 NiO-NSP 的表面颜色。(d) NiO-NSP 站在花朵雄蕊上的照片。(e) NSP 和 NiO-NSP 的润湿性。

图2是(a, b) NSP 的 SEM 图像。(c, d) NiO-NSP 的 SEM 图像。(e) NiO-NSP 的 EDS 映射图像。

图3是(a)NSP和NiO-NSP的XRD图谱。(b) NiO-NSP 的 XPS 调查光谱。(c) 2p 区域都不是。(d) O 1s 区域。

图4是(a, b)NiO-NSP 的 TEM 图像。(c) NiO-NSP 的 SAED 映射。(d, e) NiO-NSP 的 HRTEM 图像。(f) NiO-NSP 的 EDS 能谱。(g) NiO-NSP 的压缩应力-应变曲线。(h) NiO-NSP 的 DFT 孔径分布。(i) 通过压汞法获得的 NiO-NSP 的孔径分布。

图5是(a) 太阳能蒸发系统的照片。(b) NiO-NSP 漂浮在水面上。(c) NiO-NSP 的 UV−vis−NIR 吸收光谱。(d) 干燥状态下样品的红外图像。(e) 光在 NSP 表面的多次折射。

图6是(a) 纯水、NSP 和 NiO-NSP 表面温度的变化。(b) NSP 和 NiO-NSP 的红外图像。(c) NiO-NSP 蒸发器侧面红外图像 (60 分钟)。(d) 不同蒸发系统的质量变化曲线。(e) 不同蒸发系统的蒸发速率和蒸发效率。

图7是(a)不同光强下蒸发器表面的温度变化。(b) NiO-NSP在2.0和3.0个太阳光下的红外图像。(c) NiO-NSP的水质量变化曲线。(d) NiO-NSP的蒸发速率和光热效率。

图8是(a) 不同 NaCl 溶液的质量变化。(b) 不同 NaCl 盐水下的蒸发速率。(c) 3.5 wt% NaCl 盐水中的耐盐试验。(d) 回收的 NiO-NSP 在 3.5 wt% NaCl 盐水中的蒸发速率。

图9是(a)模拟海水生产淡水的装置照片。(b)模拟海水净化前后四种主要阳离子的浓度。(c,d)蒸发前后染料废水溶液的紫外可见光谱和颜色。(e)室外蒸发装置照片。(f)太阳通量和蒸发速率随时间的变化。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2024.134261

引用：Song, Ru, et al. "Three-dimensional NiO/Ni self-floating porous composite materials for efficient solar interfacial evaporation." Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects (2024): 134261.

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