江南大学付少海教授团队：不对称光热织物单向驱动流体运输实现同步海水淡化-润湿发电

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江南大学付少海教授团队在光热纳米流体水能一体化转换方面取得新进展，通过不对称光热织物单向驱动水流运输实现了同步海水淡化-润湿发电，相关成果以标题为“Unidirectionally Driving Nanofluidic Transportation via an Asymmetric Textile Pump for Simultaneous Salt-Resistant Solar Desalination and Drenching-Induced Power Generation”发表在ACS Applied Materials & Interfaces。江南大学纺织科学与工程学院博士研究生彭虹云为论文第一作者，王冬助理研究员为论文共同通讯作者。

太阳能驱动的光热蒸发技术被认为是解决淡水资源与能源短缺的有效途径， 将其它发电技术与海水淡化耦合以解决水能问题是近几年研究的热点。然而，在实际的海水淡化过程中，一方面，高蒸汽产生速率往往会导致蒸发器表面盐分析出聚集，从而削弱蒸发性能；另一方面，目前所报道的太阳能光伏-蒸汽、热电-蒸汽等复杂耦合装置需要额外的太阳能损耗以产生电能，会影响蒸发器的蒸发性能。因此，如何通过简易设计，有效阻止盐分的析出，并达到蒸发-发电性能的最优化，是亟待解决的重要瓶颈问题。

图1.润湿诱导A-Mxene/cotton发电性能

鉴于此，江南大学付少海教授团队通过在亲水性棉织物上不对称沉积Mxene纳米片，设计了一种非对称光热纳米流体蒸发织物，用于同步蒸汽-电力生产。该策略通过利用液压力与毛细作用，将海水单向地引流通过亲水多孔的A-Mxene/cotton织物，从而实现流体中盐分的定向动态累积，并最终在盐浓度到达饱和前流出，进而较好的避免了盐分在蒸发表面的析出与积聚。在海水流经A-Mxene/cotton的过程中，缓速流动的微流体仅仅带走了极少的热量，另外由于光热材料与水体的完全隔断，热损耗得以大大降低。研究者进一步通过计算流体力学(CFD)模拟，预测了不同浓度盐溶液的阻盐效果及不同运行时间下A-Mxene/cotton表面的盐度分布。同时，经过海水的浸润，基于离子的非对称吸附及流动电势原理，在A-Mxene/cotton两端不对称的负电性Mxene纳米通道中会形成双电层梯度，可以长时间(30 h)稳定输出363 mV的电压。这一设计并不会占据任何的光照面积，实际实施过程也非常便捷简单，仅需海水的润湿便可产生可观的电力，因此十分契合文章所提出的光热纳米流体水能一体化转换概念。

图2.同步海水淡化与润湿发电性能测试

团队简介：
http://ctc.jiangnan.edu.cn/info/1021/4421.htm

相关链接

https://doi.org/10.1021/acsami.1c10877

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