文献快讯：CEJ 双功能CoS₂/MoS₂织物实现光/电热协同蒸发与废热主动回收

本文为第一作者授权撰文推送，第一作者为潘琦（2023级硕士研究生），通讯作者为东华大学环境学院李方教授。

【成果掠影 & 研究背景】

面对全球水资源短缺问题，太阳能界面蒸发技术因其高效、低成本与环境友好等优势备受关注。然而，传统系统中增强的光吸收往往导致残余热量积累与能量耗散，形成热力学瓶颈。为此，东华大学研究团队开发了一种闭环光-电热织物系统，通过主动回收废热将其转化为可用电能，进而反馈增强蒸发过程，显著提升了整体能效。

该系统的核心是一种在碳布上生长的多级结构CoS₂/MoS₂复合材料。该结构具有高达96.4%的太阳光吸收率，在一太阳光照下，其基础蒸发速率可达3.10 kg m⁻² h⁻¹。通过集成热电发电机回收废热并反馈用于焦耳加热，蒸发速率进一步提升至3.81 kg m⁻² h⁻¹，增强了22.9%。这项工作为高效太阳能蒸发提供了一种将废热回收与结构设计相结合的新范式。

【创新点 & 图文摘要】

创新点：

• 提出了一种创新的闭环光-电热协同蒸发系统，实现了废热到电能再到热能的主动回收与反馈利用，突破了传统太阳能蒸发系统的能量利用瓶颈。

• 设计并成功制备了具有多级结构的CoS₂/MoS₂@碳布复合材料，利用一维Co(OH)₂纳米线作为模板，原位形成CoS₂并抑制二维MoS₂纳米片的自堆积，构建了丰富的内部空隙，促进了光的多次内反射和散射。

• 该多级结构材料展现出优异的光吸收性能（96.4%）和良好的电导率，为高效光热转换和随后的电热转换奠定了基础。

• 系统利用热电发电机将蒸发过程中的废热温差高效转换为电能（例如，一太阳下开路电压达322 mV，最大输出功率密度4.50 W m⁻²），并将此电能实时反馈至蒸发器产生焦耳热，形成能量利用的增强循环。

• 协同系统在多种盐度（最高至15 wt%）的水中均保持稳定的高蒸发性能，并具有良好的循环使用稳定性，展示了实际应用的潜力。

• 研究通过拉曼光谱和热分析揭示了材料表面中间水比例增加，导致了较低的蒸发焓（约2153-2159 kJ kg⁻¹），这进一步降低了蒸发所需能量。

• 整个系统无需外部供电，仅利用太阳能和自身回收能量即可实现性能提升，为开发自持高效的水净化与海水淡化系统提供了新思路。

摘要图

图1：CMCC材料制备流程示意图及不同阶段的SEM形貌图。

图2：CMCC材料的元素面分布图、XPS谱图（Co 2p， Mo 3d， S 2p）及XRD谱图。

图3：原始CC与CMCC的接触角测试、蒸发焓的TGA测定曲线以及拉曼光谱分析。

图4：CMCC的光吸收谱、干/湿状态下不同材料的光热升温曲线及蒸发性能对比。

图5：废热回收装置示意图、不同光强下的温度与温差、热电转换设备的输出电压电流及功率密度、材料的电化学和电热性能。

图6：光-电热协同蒸发示意图、不同条件下的蒸发速率对比、水质净化和循环稳定性测试结果。

【总结 & 原文链接】

本研究成功报道了一种用于高效蒸发并主动回收废热驱动热电效应的系统。该系统通过精心设计的多级结构材料实现了高达96.4%的光吸收，并将传统上耗散的废热有效地转化为高品位电能。创新的闭环设计将此电能实时反馈用于焦耳加热，在单一太阳光照射下实现了3.81 kg m⁻² h⁻¹的高蒸发速率，相比纯光热模式提升22.9%，且在高盐环境下仍保持稳定性能。这项工作不仅阐明了一种有效的能量协同利用策略，也为开发下一代高效、可持续的太阳能驱动水处理技术提供了重要的材料与系统设计指导。

原文链接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173134

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