膜室在界面光热转换海水淡化材料领域取得研究进展

    近日，膜室在界面光热蒸发促进海水淡化研究领域取得新进展。研究成果以“Janus 3D graphene based evaporator with controllable wettability for highly efficient solar desalination” （具有可控亲水性的Janus结构三维石墨烯基蒸发器材料用于高效太阳能海水淡化）为题于2023年4月19日在线发表于工程技术领域知名期刊《Desalination》（影响因子：11.211）上（https://doi.org/10.1016/j.desal.2023.116639).膜室杨扬为该论文的第一作者与通讯作者。

    面向碳达峰、碳中和目标，针对淡水紧缺和能源危机，研究者们对利用“绿色能源—太阳能”和“蓝色能源—海洋”可持续生产淡水给予了极大的关注，试图获得高效的能源转换效率以解决淡水与清洁能源两大资源问题。

    界面太阳能光热转换技术，凭借其高效的太阳能热利用，出色的光热转换率和高产的水蒸发量而备受关注。然而，该领域仍存在长期耐盐稳定性差和产水率低的问题，严重限制了该技术的实际应用。

    针对上述难题，膜室开发了紫外-臭氧可控亲水化处理手段，构筑了上层亲水、下层疏水的Janus结构三维石墨烯。材料上层亲水层起到了连续补水的作用，用于水分的蒸发；底层疏水层可以支撑材料漂浮在水面上，确保有效的光吸收，并有助于减少热损失。基于上述协同作用，在1 kW m-2的光照强度下，Janus三维石墨烯蒸发器的水蒸发速率稳定在1.71 kg m-2 h-1，转换效率高达94.1%，性能较纯亲水或疏水材料有了明显的提升。同时在高浓度的模拟海水（10 wt%）中表现出优异的耐盐性能。本研究为高效、耐盐型界面太阳能光热转换海水淡化材料的研发提供了新的思路。

    本研究得到了国家自然科学基金、中央级公益性科研院所基本科研业务专项资金等项目的资助。

图. （a）Janus结构三维石墨烯材料制备示意图。（b）材料蒸发过程示意图。（c）材料循环性能。