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  南京大學(xué)朱嘉教授課題組在界面光熱轉(zhuǎn)換及太陽能海水淡化取得新進(jìn)展，近期以《Flexible and Salt Resistant Janus Absorbers byElectrospinning for Stable and Efficient Solar Desalination》為題發(fā)表在Advanced Energy Materials (https://doi.org/10.1002/aenm.201702884）上。

  太陽能海水淡化具有低成本、環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)，是一種清潔、便攜的水處理技術(shù)，近年來興起的界面光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)一步推動(dòng)了太陽能海水淡化的發(fā)展。隨著微納結(jié)構(gòu)調(diào)控對(duì)光-蒸汽轉(zhuǎn)換效率的有效提高，如何解決海水淡化過程中吸收體本身的結(jié)鹽問題及其海水淡化性能的穩(wěn)定性問題成為學(xué)界、業(yè)界共同關(guān)注的焦點(diǎn)之一。

圖1 “雙面體”薄膜在海水淡化過程中工作原理示意圖

  針對(duì)這一問題，朱嘉教授課題組設(shè)計(jì)并合成了一種新型的“雙面體”吸收體薄膜，為解決太陽能海水淡化過程中吸收體的結(jié)鹽問題提供了一條有效的路徑。在這一工作中，課題組通過微納結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將光吸收、水蒸發(fā)層與水傳輸層作功能區(qū)分，同時(shí)利用連續(xù)電紡技術(shù)制備出具有不同親疏水性的雙層結(jié)構(gòu)。在太陽能海水淡化過程中，實(shí)現(xiàn)了水蒸發(fā)區(qū)域與無機(jī)鹽離子傳輸區(qū)的功能性與結(jié)構(gòu)性隔離（圖1），從而有效地抑制了“雙面體”材料表面的結(jié)鹽問題，其性能穩(wěn)定性較傳統(tǒng)吸收體材料大為提升（圖2）。

圖2“雙面體”薄膜與傳統(tǒng)吸收體的海水淡化穩(wěn)定性比較

  課題組已在高效光熱轉(zhuǎn)換領(lǐng)域發(fā)表了一系列工作：首先成功地制備了寬頻、高效的等離激元吸收體(Science Advances, e1501227 (2016))；在此基礎(chǔ)之上實(shí)現(xiàn)了首個(gè)基于等離激元增強(qiáng)效應(yīng)的太陽能海水淡化器件(Nature Photonics, 393 (2016))，從而很大程度解決了系統(tǒng)的光學(xué)損耗問題；隨后通過二維水通道設(shè)計(jì)和氧化石墨烯氣凝膠結(jié)構(gòu)大大降低了器件向水體的熱傳導(dǎo)損耗 (PNAS, 13953 (2016)；Advanced Materials，1604031 （2017）)；接著提出并實(shí)現(xiàn)了基于仿生設(shè)計(jì)的“人工蒸騰”結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步降低三項(xiàng)熱學(xué)損耗（熱傳導(dǎo)、熱對(duì)流和熱輻射），大大提高了光-蒸汽轉(zhuǎn)換效率（Advanced Materials,1606762 (2017)）。結(jié)鹽問題的抑制與性能穩(wěn)定性的提高，為這一技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用進(jìn)一步奠定了基礎(chǔ)。

  課題組碩士生徐煒超與助理研究員胡曉珍為論文的共同作者，朱嘉教授是論文的通訊作者，并得到了南京大學(xué)祝世寧院士的指導(dǎo)與支持。這一工作還受到國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃，國(guó)家自然科學(xué)基金委群體及面上項(xiàng)目，中央高�；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)基金，江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科等項(xiàng)目的支持。

  論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201702884/abstract