南京大學研製出新型高效太陽能海水淡化技術，性能極大提高

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隨著人類社會的發展和生活水平的不斷提高，淡水資源形勢日益嚴峻，海水淡化作為獲取淡水的有效方法之一，引起廣泛關注。海水淡化即利用海水脫鹽生產淡水。是實現水資源利用的開源增量技術，可以增加淡水總量，且不受時空和氣候影響，可以保障沿海居民飲用水和工業鍋爐補水等穩定供水。

然而目前傳統的海水淡化裝置消耗大量熱能或電能，碳排放量大、裝置體積龐大，且淡化效率、效果均有待提高。利用太陽能光蒸餾的海水淡化技術低碳環保，然而多年來一直受限於較低的光熱轉換效率（~30-45%）而無法大規模應用。

近日，南京大學現代工學院朱嘉教授課題組在高效太陽能海水淡化方面取得重要進展，相關研究成果以《3D self-assembly of aluminium nanoparticles for plasmon-enhanced solar desalination》為題發表於Nature Photonics上。現代工程與應用科學學院副研究員周林與碩士生譚穎玲為論文的共同第一作者，朱嘉教授是論文的通訊作者，本項研究受到了祝世寧院士的指導與支持。

圖1. 等離激元增強太陽能海水淡化的設計示意圖

朱嘉課題組在國際上首次利用等離激元增強效應實現了高效太陽能海水淡化（能量傳遞效率~90%，淡化前後鹽度降低4個數量級）。該研究發現，三維鋁顆粒等離激元黑體材料是實現高效率太陽能海水淡化的絕佳體系，圖1給出鋁顆粒黑體材料用於等離激元增強太陽能海水淡化的設計示意圖。首先，等離激元鋁黑體材料具有寬太陽光譜超高光吸收效率（在400-2500nm寬太陽光譜範圍平均吸收效率>96%），確保了海水淡化過程中光熱轉換效率大大提高；其次，鋁納米顆粒的局域等離激元光學共振效應使得漂浮在水面的緊密排列的鋁顆粒附近區域產生極高的局部溫度和電磁場增強效應，非常有利於快速有效的淡水蒸汽產生，多孔結構又提供了有效的蒸汽逃離通道。最後，鋁顆粒等離激元黑體材料製備採用低成本金屬鋁為唯一原材料，採用了簡單可規模化生產的自組裝製備方法（圖2），且材料的淡化性能表現出良好的穩定性和耐用性，這對高效率太陽能海水淡化技術的實用化將產生重要的意義。

圖2. 三維鋁顆粒等離激元黑體自組裝工藝與組裝前後光學照片對比圖

文章鏈接：

Lin Zhou, Yingling Tan, Jingyang Wang, Weichao Xu, Ye Yuan, Wenshan Cai, Shining Zhu and Jia Zhu, "3D self-assembly of aluminium nanoparticles for plasmon-enhanced solar desalination," Nature Photonics(2016)doi:10.1038/nphoton.2016.75

朱嘉教授簡介：

南京大學現代工學院教授，博導，Email：jiazhu@nju.edu.cn

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研究方向：納米材料合成和表徵、納米光子學、納米熱傳輸能源轉化與存儲 （光伏、熱電以及鋰電池）

（本文信息來源：南京大學網站；由e科網整理編輯）

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