探索先进的低能耗净水技术是缓解淡水短缺问题的关键。利用太阳能产生蒸汽（SSG）已成为一种通过直接太阳能热转换进行水净化的潜在更环保、更具成本效益的技术，它能够提高太阳能热转换效率，并最大限度地减少热损失。提高蒸发率对于促进SSG在海水淡化中的应用极为重要。然而，普通二维光热蒸发器的理论蒸发速率仅为1.46 kg / m2 / h左右。
南京林业大学杨小飞教授等人报道了一种通过嵌入二维纳米结构的一体化混合水凝胶蒸发器和表面图案化的协同作用来实现高产量SSG的有效方法。这种改进的表面图案化蒸发器能够同时降低蒸发焓，并在蒸发表面附近诱发Marangoni效应，从而提供3.62 kg / m2 / h的高蒸发率，这是普通二维光热蒸发器理论极限的两倍以上。这种混合水凝胶为缓解淡水短缺问题提供了一种经济高效且节能的途径。该研究以题为“Surface Patterning of Two-Dimensional Nanostructure-Embedded Photothermal Hydrogels for High-Yield Solar Steam Generation”的论文发表在《ACS nano》上。
本文亮点：
（1）作者通过具有纳米限制和水活化协同效应的Ti3C2Tx MXene/rGO水凝胶（MRH）实现了高效的SSG，其蒸发率高达3.38 kg/ m2 / h。Ti3C2Tx MXene/rGO纳米片、聚乙烯醇/壳聚糖聚合物骨架和水分子之间的相互作用会影响水分子之间的氢键强度，从而显著降低水的汽化焓。
（2）作者将表面结构引入MRH水凝胶，这不仅增强了太阳能吸收率，而且诱导了温度和张力梯度以激活Marangoni效应。数值模拟表明，当表面结构的规模/大小最佳时，Marangoni效应有效地加速了蒸发表面附近的水流速，并促进了SSG。因此，通过引入表面结构，MRH的蒸发率可进一步增加到3.62 kg / m2 / h，其在一次阳光照射下的能量转换效率为91%。
（3）凭借在废水净化和海水淡化方面的优异性能和稳定性，这种基于MRH的太阳能蒸发器有望为SSG的实际应用提供理想的平台，以在相同的太阳能输入下获得更多的清洁水资源。
原文链接：
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.1c02578
来源：高分子科学前沿
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！