Small | 文献前沿 | Sb2Se3纳米棒中的高效光热转换以及大通道印迹Sb2Se3-负载杂化膜在卓越脱盐性能中的作用

【研究背景】

该报告证实Sb2Se3纳米棒（NR）是太阳能热发电的潜在竞争者。水滴实验表明，Sb2Se3的光热转换效率对于红色（671 nm）激光器约为57.8%，对于绿色（532 nm）激光器为58%。随后，用于太阳能脱盐的PVDF（M）/Sb2Se3-NRs杂化膜在15分钟的光照下达到≈59°C。热产生主要由电子/空穴声声子散射机制主导。尽管在Sb2Se3-NR中具有优异的visNIR吸收和热定位性能，但即使质量负载增加，杂化膜的蒸发率也仅为1.72 kg m−2 h−1。疏水性Sb2Se3-NRs层限制了水向热区的扩散，降低了太阳能蒸发效率。混合膜中一种新的宏观通道印迹策略加速了水向热区的输送。因此，在1000 W m−2汞蒸气灯下，优化的宏观通道膜实现了≈2.37 kg m−2-h−1的质量损失和148%的太阳能蒸发效率。因此，压印宏观通道可能是一种可能的策略，解决了海水淡化应用中的疏水材料问题，这些材料可以扩展到其他类似的材料中。此外，其室外阳光应用实现了令人印象深刻的太阳能蒸发效率（≈108%）。产生的蒸汽能有效去除重金属，符合世界卫生组织（世界卫生组织）的饮用水标准。

目前，该文以“Efficient Light to Heat Conversion in Sb2Se3 Nanorods and the Role of Macro-channel Imprinted Sb2Se3 Loaded Hybrid Membrane for Superior Desalination Performance”为题在《Small 》 上发表。文章通讯作者为印度加尔各答贾达普尔大学材料科学与纳米技术学院Kalyan Kumar Chattopadhyay教授。

【文章解读】

图1. a） b）PVDF膜上Sb2Se3纳米棒的SEM（扫描电子显微镜）图像；插图：相同的放大倍数更高的图像。c）Sb2Se3纳米棒的SAED（选区电子衍射）图案，d）电子能带结构（直接和间接带隙分别用蓝色和橄榄色箭头表示）；e） 具有原子贡献的总态密度和投影态密度（TDOS和PDOS）；f） Sb2Se3的声子色散。

图2. a） 用于评估光热转换效率的Sb2Se3悬浮水滴激光加热实验示意图；b） 在两个激光器下加热和冷却含Sb2Se3的水滴，c）发热过程示意图，d，e）通过ln确定冷却区域的斜率。

图3. a） 光辅助脱盐实验装置示意图，b）不同质量负载量的混合PVDF膜（M）/Sb2Se3膜的漫反射光谱。c） M/Sb2Se3杂化膜在汞蒸气灯（1000 W M−2）下的光热产生及其在中间时间的红外图像。d） 在汞蒸气灯的照射下，各种质量负载的杂化膜的3.5重量%NaCl盐水的质量损失。

图4. M/Sb2Se3杂化膜中宏观通道压印过程的示意图。

图5. a） 宏观通道对M/4.5mg Sb2Se3脱盐性能的影响及其对应关系；插图：槽内接膜b）相应的蒸发效率。c）M/4.5 mg Sb2Se3的盐度变化对海水淡化性能的影响，以及d）NaCl、H2O、Na+和Cl-在Sb2Se3-（230）表面上的吸附能。

图6. a）在平均强度为950 W m−2的室外阳光下进行海水淡化实验，b）室外阳光照射2小时后水蒸气凝结的数码照片。c） 在950 W M−2的室外太阳强度下，M/4.5 mg Sb2Se3无通道和宏观通道的蒸发效率。d） 脱盐实验前后收集的ICP-MS（电感耦合等离子体质谱）数据e）脱盐前后分别用万用表进行水净化实验。M/Sb2Se3分别在1周和3个月后暴露于不同pH值f）（pH=1.7,14）、g）（pH=1,7）的数码照片。h） M/4.5 mg Sb2Se3杂化膜与几种性能最佳的亲水性和疏水性光热材料的比较。

【文章总结】

该文使用直接的溶剂热方法合成了一种经济高效且环保的太阳能水蒸发器材料Sb2Se3-NRs。独特的水滴实验证明了光热转换的有效性，其转换效率约为58%。在此之后，通过真空辅助工艺设计负载Sb2Se3-NRs的PVDF膜，建立了一个脱盐实验，该过程显示出值得称赞的质量损失≈1.72 kg m−2 h−1。最重要的是，一种简单、经济高效且可扩展的在混合膜上压印宏观通道的方法为提高混合膜的脱盐性能提供了一种独特的方法。Sb2Se3的质量蒸发率达到2.37 kg m−2 h−1，在强度为1000 W m−2中的汞蒸气灯下，效率为148%。在实际的阳光条件下，它在950 W m−2的辐照度下始终保持着值得称赞的108%的效率水平。提高Sb2Se3作为吸收剂的质量会导致蒸发速率提高，特别是在高盐度的条件下。在不同pH值下表现出的实质性可持续性使Sb2Se3成为光热转换领域有前景的材料。太阳热能产生过程中产生的蒸汽有效地消除了重金属离子，符合世界卫生组织（世界卫生组织）制定的饮用水健康标准。该工作介绍了Sb2Se3作为一种新型光热材料，并通过简单的宏观通道策略实现了高性能的太阳能水蒸发，旨在将其用于海水淡化和废水净化。

【文献来源】

https://doi.org/10.1002/advs.202407801