《AFM》基于金属酚醛网络涂层碳纳米管的坚固多孔水凝胶太阳能蒸发器

太阳能驱动的界面蒸发(SIE)是缓解全球淡水短缺和能源危机的一项有前途的技术。碳纳米管(CNTs)广泛用于水凝胶蒸发器的构造。然而，它们的蒸发性能仍然受到它们差的分散性和强亲水性的限制。更糟糕的是，碳纳米管的聚集将减少水凝胶中多孔结构的形成，并削弱水的传输，最终导致蒸发效率降低。为了解决这些问题，通过基于金属-酚配位化学的界面工程成功地获得了具有改善的分散性和亲水性的碳纳米管。所得的金属-酚网络(MPN)涂覆的CNT进一步结合到聚乙烯醇水凝胶中，以协同实现优异的光热性能和水分子活化。以这种方式，制造了具有分级孔隙的坚固的太阳能蒸发器，用于有效的蒸发和传质，在1个太阳光照下达到2.9kg m2 h1的速率，同时在长期和高盐环境中保持稳定运行。实际的室外实验和丙烯酰胺水凝胶中的催化凝胶形成进一步证实了这些MPN涂覆的基于CNT的装置对于SIE的稳健性。据信，这项研究为开发碳基多孔水凝胶蒸发器铺平了新的道路，以实现高效稳定的太阳能蒸发。

图解

图1:MCC的制备过程和结构示意图。b)NCNT和MCC的TEM图像。MCC的EDS绘图图像。d)描述超声处理后分散体流动性的图像。e)各种CNT样品在水中的稀释分散体的照片。

图2：a)MPN、SDS+NCNT和MCC的ζ电势。b)拉曼光谱显示了MCC和NCNT的石墨化。c)微晶纤维素的拉曼光谱。d)MPN的pH响应性和TA与胺之间的迈克尔加成反应的示意图。e)NCNT和MCC的XPS N1s光谱。f)NCNT、MPN和世纪挑战公司的紫外-可见光谱。g)MPN和MCC的XPS Fe2p光谱。h)NCNT、MPN和微晶纤维素的FTIR光谱。I)MPN吸附前后系统的能量和构象变化。j)IGMH分析的可视化和MCC的定量表示。

图3：a)说明MCC/VAUF的制备过程和结构的方案。b)不同变形下MCC/VAUF的照片。c)MCC/PVA和PVA的流变曲线。d) EPU和e) MCC/VAUF的SEM图像。MCC产生中间水的示意图。g)不同水凝胶的DSC曲线。h)不同水凝胶的蒸发焓。I)各种蒸发器的DRS光谱。j)蒸发器的红外热图像和k)相应的加热曲线。l)装置的照片。m)MCC/VAUF自漂浮的摄像机记录。

图4：a)不同VAUF样品的蒸发速率。b)装有不同含量MCC-3的蒸发器的蒸发率。c)不同光强下MCC-3/VAUF的蒸发速率。d)MCC-3/VAUF在不同盐度的盐溶液中的蒸发速率。e)盐溶解和结晶实验的照相机记录。f)蒸发前后模拟海水中的离子浓度。g)MCC-3/VAUF蒸发器的连续脱盐性能评估。h)循环实验前后蒸发器的表面照片。I，j)室外蒸发实验的照片和k)记录的蒸发率。

图5：a)基于不同基底的蒸发器的照片。b)蒸发器的蒸发速率曲线。c)MCC/VAUF蒸发器的蒸发率和成本与其他报告的比较。d)MCC/PAM的制备和结构示意图。e)MCC/PAM的SEM和光学图像。f)装载不同光热剂的PAM蒸发器的蒸发速率曲线。g)由DSC测定的不同蒸发器的蒸发焓。

结论

本研究成功开发了一系列基于微晶纤维素的多孔水凝胶太阳能蒸发器。有趣的是，MPN和碳纳米管之间的共价和非共价相互作用允许通过MPN对碳纳米管进行有效的表面工程，这显著增强了分散性和亲水性，从而导致优异的光热和水活化性能。通过优化光吸收、水传输和热管理，得到的分级多孔水凝胶蒸发器表现出优异的太阳能蒸馏性能。该蒸发器在1个太阳光照下实现了2.9kg m 2h 1的出色蒸发率，同时具有出色的耐盐性和机械强度。此外，世纪挑战公司的稳健性和固有的催化特性进一步强调了其对可扩展和可持续的SIE解决方案的广泛适用性。总之，这项研究不仅证明了MCC基材料在先进光热应用中的潜力，而且为高效海水淡化和水净化蒸发器的设计提供了有价值的结构策略。

来源：胶粘材料