Janus吸收體：穩定抗鹽的太陽能海水淡化

伴隨著人口快速增長和日益嚴重的水污染問題，可飲用水資源短缺已經成為全球亟需解決的問題。太陽能海水淡化具有低成本、環境友好等優勢，是一種清潔、便攜的水處理技術，近年來興起的界面光熱轉換技術進一步推動了太陽能海水淡化的發展。南京大學的朱嘉教授研究團隊已在高效界面光熱轉換領域發表了一系列工作：首先成功地製備了寬頻、高效的等離激元吸收體(Science Advances, e1501227 (2016))；在此基礎之上實現了首個基於等離激元增強效應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的光學損耗問題；隨後通過二維水通道設計和氧化石墨烯氣凝膠結構大大降低了器件向水體的熱傳導損耗 (PNAS, 13953 (2016)；Advanced Materials，1604031 （2017）)；接著提出並實現了基於仿生設計的「人工蒸騰」結構，進一步降低三項熱學損耗（熱傳導、熱對流和熱輻射），大大提高了光-蒸汽轉換效率（Natl. Sci. Rev.,5: 70-77, (2018) ；Advanced Materials,1606762 (2017)）。

隨著微納結構調控對光-蒸汽轉換效率的有效提高，如何解決海水淡化過程中吸收體本身的結鹽問題及其海水淡化性能的穩定性問題成為學界、業界共同關注的焦點之一。

針對這一問題，南京大學朱嘉教授研究團隊設計併合成了一種新型的「Janus吸收體薄膜」，為解決太陽能海水淡化過程中吸收體的結鹽問題提供了一條有效的路徑。在這一工作中，課題組通過微納結構設計，將光吸收、水蒸發層與水傳輸層作功能區分，同時利用連續電紡技術製備出具有不同親疏水性的雙層結構。在太陽能海水淡化過程中，實現了水蒸發區域與無機鹽離子傳輸區的功能性與結構性隔離，從而有效地抑制了「Janus薄膜」材料表面的結鹽問題，相較於傳統吸收體材料，其性能穩定性大為提升。實驗發現在連續使用16天後，「Janus薄膜」材料仍能保持穩定的水輸出能力（1.3 kg m-2 h-1），而傳統吸收體水輸出的能力則伴隨使用時間延長逐漸衰減。

該「Janus薄膜」吸收體製備過程簡單，成本低，且柔韌性良好，能有效抑制結鹽問題，提高海水淡化性能穩定性，為這一技術的大規模應用進一步奠定了基礎。

相關工作近期發表在Advanced Energy Materials(DOI: 10.1002/aenm.201702884）上。

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！