北化工《ACS AMI》：以丝瓜为原料制备MoS2片/碳复合材料，用于高效太阳能蒸汽生成和海水淡化

1成果简介 

尽管新兴的界面太阳能蒸汽发电技术在通过淡化海水和净化废水产生清洁水方面具有可持续性和环保性，但在太阳能驱动的蒸发过程中，盐分在蒸发表面的沉积严重降低了净化性能，并对太阳能蒸汽发电装置的长期性能稳定性产生不利影响。本文，北京化工大学李晓锋 教授、于中振 教授团队在《ACS Appl. Mater. Interfaces》期刊发表名为“Hydrothermally Modified 3D Porous Loofah Sponges with MoS2 Sheets and Carbon Particles for Efficient Solar Steam Generation and Seawater Desalination”的论文，研究为了构建高效的太阳能蒸汽发生器和海水淡化，将具有海绵大孔和丝瓜纤维微通道的三维（3D）天然丝瓜海绵用水热法修饰二硫化钼（MoS2）片和碳颗粒。

得益于水的快速向上输送、蒸汽的快速提取和有效的抗盐能力，暴露高度为4cm的3D水热装饰丝瓜络海绵（HLMC）不仅可以在基于太阳-热能转换的向下太阳光照射下通过其顶部表面获得热量，还可以通过其多孔侧壁表面获得环境能量，在1次太阳照射下，实现了3.45 kg m–2 h–1的竞争性水蒸发率，太阳能-热转换效率高达94.0%。通过在没有明显盐沉积的情况下连续蒸发含有3.5 wt%NaCl的盐溶液120小时，证明了HLMC-4稳定的长期太阳能脱盐性能。HLMC-4蒸发器优异的太阳能蒸汽产生性能和优异的耐盐能力归因于丝瓜海绵的亲水性大孔结构、丝瓜纤维的微通道以及圆柱形HLMC蒸发器的不均匀结构分布，提供了快速的吸水、向上输送水，以及蒸发器内部有效的水-盐循环。

2图文导读  

图1、三维水热合成的丝瓜/MoS2/碳复合材料的微观结构和组成

图2：（a）丝瓜和HL的FT-IR光谱。(b) 丝瓜、HL、HLM、HLMC和MC的XPS光谱。(c) 丝瓜和HL的C 1s XPS光谱。(d) MoS2、MC和HLMC的拉曼光谱。(e) HLM、MC和HLMC的Mo 3d光谱。

图3. (a) 丝瓜、HL、HLM和HLMC的紫外-可见-近红外吸收光谱。

(b) 三维HLMC蒸发器的制备示意图以及顶部表面中央和边缘区域的温度分布。

(c) 显示HLMC水传输效率的照片。

(d1) HLMC蒸发器的数码照片。(d2-5) 丝瓜、HL、HLM和HLMC顶面的红外图像，显示其在一个太阳照射下60分钟的稳态温度。(d6-8) HLMC顶面的红外图像，显示在2、3和5个太阳照射下60分钟的稳态温度。 

(e) HLMC-U和HLMC在一个太阳照射下的水质量变化。

(f) 纯水、丝瓜、HL、HLM和HLMC蒸发器在1个太阳照射下暴露高度为1厘米的水质量随时间的变化图。

(g) 纯水、丝瓜、HL、HLM和HLMC蒸发器在一个太阳照射下和在黑暗中的太阳能蒸汽生成率的比较以及相应的能量效率。

(h) 在1、2、3和5个太阳照射下，HLMC蒸发器存在时纯水质量变化。

图4。（a） 暴露高度为1、2、3和4cm的HLMC器件的水质量随时间变化图。

（b）不同暴露高度的HLMC设备在黑暗和1太阳照射下的蒸发率。

（c） 在1次太阳照射60分钟的太阳蒸汽产生过程中，暴露高度为1、2、3和4 cm的高密度堆芯体样品的顶面和侧壁的红外图像。

图5. (a) 原始海水和脱盐水中的盐离子浓度。彩色的虚线表示世界卫生组织和美国环保署的饮用水标准。(b) HLMC-4装置在1个太阳照射下的甲基橙和亚甲基蓝吸收光谱。数字照片是净化前后的甲基橙和亚甲基蓝溶液。(c) 3.5 wt % NaCl溶液在1个太阳照射下120小时内的蒸发率，以及相应的室温和相对湿度。(d) HLMC的太阳能蒸汽生成和太阳能-热能脱盐机制示意图。

3小结 

具有大孔和微通道的天然丝瓜海绵通过水热法修饰MoS2片和碳颗粒，构建了圆柱形太阳能蒸汽发生器，用于高效的太阳能蒸汽生成和海水淡化。亲水多孔的丝瓜海绵不仅能容纳MoS2片和碳颗粒，还能提供三维HLMC太阳能驱动蒸发器的结构稳定性和耐盐性。HLMC-4蒸发器优异的太阳能蒸汽生成性能和出色的抗盐能力归功于丝瓜络海绵的亲水大孔结构、丝瓜络纤维的微通道以及圆柱形HLMC蒸发器的不均匀结构分布，提供了快速吸水、向上输送水和蒸发器内有效的水-盐循环。

文献：

https://doi.org/10.1021/acsami.3c05198

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来源：文章来自ACS AMI网站，由材料分析与应用整理编辑。

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