哈尔滨工业大学《JMCA》:棉布支撑的碳化钨/碳纳米复合材料，用于太阳能驱动界面水蒸发的Janus薄膜
1成果简介
太阳能驱动的界面水蒸发是一种克服全球淡水短缺的可持续方法，需要坚固的太阳能吸收材料和有效的蒸发结构。本文，哈尔滨工业大学Bojing Sun等研究人员在《J. Mater. Chem. A》期刊发表明名为“Cotton cloth supported tungsten carbide/carbon nanocomposites as a Janus film for solar driven interfacial water evaporation”的论文，研究选择无溶剂合成的碳化钨/碳纳米复合材料作为太阳能吸收材料，并均匀附着在棉布表面以构建水蒸发膜。碳化钨纳米颗粒在碳纳米片上的超细尺寸和良好的分散性可以实现全太阳光谱（200-2500 nm）的利用。
更重要的是，所得薄膜在其两侧表现出完全不同的性质，其中碳化钨/碳纳米复合材料的一面具有高度疏水性，可以驱散水蒸气并缓解冷凝，而另一面则未经任何修饰，具有超亲水性和低导热性，有助于重新溶解盐晶体并防止热量损失。由于碳化钨/碳纳米复合材料与棉布的兼容优势，最佳薄膜蒸发率为1.58kg·m-2h-1在一次阳光照射下，如果将薄膜折叠成金字塔结构，则可以进一步提高到2.53kg m-2h -1。值得注意的是，它可以通过10次蒸发循环保持稳定的性能，甚至适用于污水中的大量蒸发。相信这项工作将为界面水蒸发装置的设计和制造提供新的见解。
2图文导读
方案一、太阳能驱动的水蒸发膜结构示意图。
图1、(a)JF- n的合成过程示意图，(b)WC/C-n的XRD图谱，(c和d)WC/C-3的TEM图， (e-h)W、C和N元素的元素分布图。
图2、 WC/C- n纳米复合材料的UV-vis-NIR 光谱(a)。3.5 wt% NaCl 溶液在没有和有 Janus 蒸发膜的帮助下随时间变化的表面温度（b）。JF-3 在 1 个太阳光照下不同时间点表面温度的红外图像 (c)。WC 1− x (d) 的声子能带结构和态密度。FDTD 计算了 550 nm 光输入下不同尺寸 WC 的电场分布（e 和 f），以及不同光输入下 WC/C-3 的最大电场强度（g）。（h 和 i）JF-3 顶面和侧面的红外图像，以及在光照射 30 分钟下没有和有 JF-3 的水-空气界面的温度分布。
图3、 没有和有 Janus 蒸发膜的帮助下，3.5 wt% NaCl 溶液的水蒸发率（a）。WC/C-3负载量对水分蒸发速率的影响(b)。不同辐照功率下，3.5 wt% NaCl 盐水在没有和有 JF-3 的情况下的表面温度变化 (c) 和水蒸发通量演变 (d)。
图4、JF-3稳定性试验（a）和盐沉积过程（b）和盐溶解过程（c）的光学图像。使用 JF-3 在纯水、模拟海水和含有有机污染物的水溶液中随时间变化的水质量变化 (d)。模拟海水和蒸发水中离子和有机成分浓度的比较（e）。哈尔滨工业大学2020年7月13日11:00-14:00太阳辐照下JF-3表面温度与环境温度的蒸发质量损失及同步变化（f）。
3小结
总之，通过简便的无溶剂方法成功制备了一系列化学成分和晶相可调的WC/C纳米复合材料。通过在商用棉布上负载 WC/C 纳米复合材料，在阳光照射下实现了优异的蒸发率和显着的稳定性。低成本薄膜具有理想的自清洁特性，并在盐水和有机废水等实际水系统中保持其性能。该工作将为高效界面水蒸发膜的设计开辟一条新途径，该简单的合成方法也可用于催化和储能领域。
文献：
https://doi.org/10.1039/D1TA06707A
北京科大《Nanoscale》：静电纺ZIF衍生的空腔多孔碳纳米纤维作为具有超低过电位的锂氧电池的独立阴极
中科院上海微系统所《CEJ》：以高通量离域电化学剥离法制备高质量石墨烯
来源：文章来自JMCA网站，由材料分析与应用整理编辑。
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