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僅利用太陽能即可實現(xiàn)高效水凈化，光熱蒸水被視為一種獲得飲用水的綠色新途徑，其核心為光熱界面材料。近日，中國科學院過程工程研究所開發(fā)出一種具有中空多殼層結構(HoMSs)的非晶納米復合物，表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱蒸水性能。該材料可提升光熱轉換以及水輸運過程，具有高效、高穩(wěn)定性、高環(huán)境耐受力等特點。
淡水資源緊缺是人類面臨的挑戰(zhàn)，科學家期待尋求一種無需耗電、不受地域限制的材料，以實現(xiàn)高效海水淡化及污水凈化，光熱界面蒸水日漸成為學術界的研究熱點。半導體材料由于穩(wěn)定性高，選材范圍廣等優(yōu)勢，頗具應用潛力。
基于前期對HoMS增強物質傳遞與能量轉化的理解，研究人員設計了一種特殊的HoMSs以強化光熱蒸水過程。利用該團隊發(fā)展的次序模板法，研究人員制備了非晶氧化鉭/碳復合HoMS材料，并從材料組成、結構出發(fā)探索其對光熱蒸水行為的增強機制。研究發(fā)現(xiàn)，非晶化設計和碳復合可以促進太陽能吸收，提升光熱轉換效率和界面熱傳導；HoMS納微結構設計強化了太陽能捕獲，并提供了毛細作用和內建熱場，從而加速水的輸運。同時，HoMS的孔道結構削弱了孔道表面附近水分子之間的氫鍵，降低了水的實際蒸發(fā)焓，實現(xiàn)了4.02kg/m2h的光熱蒸水速率，并可穩(wěn)定運行30天以上，速率基本保持不變。
實驗證實，在海水、含重金屬離子污水、含病毒水源、強酸強堿溶液等苛刻條件下，該HoMS材料仍可保持高蒸水速率及穩(wěn)定性。經(jīng)冷凝收集的清潔水，已達到我國與世界衛(wèi)生組織的飲用水標準。目前，研究團隊正在制備小型便攜式凈水設備及海水淡化樣機，以滿足相關場景下的應用需求。
