2018年8月21日
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现代工程与应用科学学院朱嘉教授课题组在《Advanced Energy Materials》发表高效界面光热转换最新研究成果

南京大学朱嘉教授课题组在界面光热转换及太阳能海水淡化取得新进展,近期以《Flexible and Salt Resistant Janus Absorbers byElectrospinning for Stable and Efficient Solar Desalination》为题发表在Advanced Energy Materials (https://doi.org/10.1002/aenm.201702884)上。

太阳能海水淡化具有低成本、环境友好等优势,是一种清洁、便携的水处理技术,近年来兴起的界面光热转换技术进一步推动了太阳能海水淡化的发展。随着微纳结构调控对光-蒸汽转换效率的有效提高,如何解决海水淡化过程中吸收体本身的结盐问题及其海水淡化性能的稳定性问题成为学界、业界共同关注的焦点之一。

(科学技术处 摄影)

图1 “双面体”薄膜在海水淡化过程中工作原理示意图

针对这一问题,朱嘉教授课题组设计并合成了一种新型的“双面体”吸收体薄膜,为解决太阳能海水淡化过程中吸收体的结盐问题提供了一条有效的路径。在这一工作中,课题组通过微纳结构设计,将光吸收、水蒸发层与水传输层作功能区分,同时利用连续电纺技术制备出具有不同亲疏水性的双层结构。在太阳能海水淡化过程中,实现了水蒸发区域与无机盐离子传输区的功能性与结构性隔离(图1),从而有效地抑制了“双面体”材料表面的结盐问题,其性能稳定性较传统吸收体材料大为提升(图2)。

图2“双面体”薄膜与传统吸收体的海水淡化稳定性比较

课题组已在高效光热转换领域发表了一系列工作:首先成功地制备了宽频、高效的等离激元吸收体(Science Advances, e1501227 (2016));在此基础之上实现了首个基于等离激元增强效应的太阳能海水淡化器件(Nature Photonics, 393 (2016)),从而很大程度解决了系统的光学损耗问题;随后通过二维水通道设计和氧化石墨烯气凝胶结构大大降低了器件向水体的热传导损耗 (PNAS, 13953 (2016);Advanced Materials,1604031 (2017));接着提出并实现了基于仿生设计的“人工蒸腾”结构,进一步降低三项热学损耗(热传导、热对流和热辐射),大大提高了光-蒸汽转换效率(Advanced Materials,1606762 (2017))。结盐问题的抑制与性能稳定性的提高,为这一技术的大规模应用进一步奠定了基础。

课题组硕士生徐炜超与助理研究员胡晓珍为论文的共同作者,朱嘉教授是论文的通讯作者,并得到了南京大学祝世宁院士的指导与支持。这一工作还受到国家重点基础研究计划,国家自然科学基金委群体及面上项目,中央高校基本科研业务费专项基金,江苏省优势学科等项目的支持。

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)