本期分享发表在Advanced Science杂志上题目为“Advanced Bionic 3D Interfacial Solar Steam Generator With One‐way Water Supply for Highly Efficient Desalination and Oil‐Fouling Prevention”的研究文章。
Part 1 文章简介
用于海水淡化和废水净化的界面太阳能蒸汽发电 (ISSG) 有望缓解全球淡水短缺问题。然而，在经济高效且可靠的 ISSG 中同时优化水传输方向以平衡热局部化、盐积累和抗油污是一项罕见的壮举。在此，受海鸟喙单向水传输的启发，选择了环保且经济高效的植物提取物、海藻酸钠和单宁酸来制作创新的海藻酸钠-单宁酸半球蒸发器 (STHE)。与向心锥形通道对齐的 STHE 可确保单向水流并有效抑制向下的热传递，从而提高能源效率。此外，锥形通道中的单向供水与 STHE 的界面蒸发相结合，模拟植物蒸腾作用，共同促进向上的水转移，在一次太阳照射下，可靠的太阳能驱动水蒸发率约为 2.26 kg m-2 h-1。即使在 15.0 wt % 溶液的盐水中，STHE 表面也没有观察到盐晶体。半球结构和超亲水性有利于防油。这项工作为构建高效、耐盐、防油污的下一代太阳能发电机提供了关键灵感。
STHE 的仿生设计展示了锥形通道中水运输的详细机制。
图1. STH 的制造。a) STH 合成路线示意图（图 1a 中的六边形被选为冰柱的概念表示，在本设计中不具有特定的功能意义）；b) 采用多向冷冻铸造策略的冷冻过程；c) 干燥、制备好的 STH 的数字图像，显示其精确且明确的结构排列；d) 松树横截面的光学显微镜图像。
图2. STH 的特征和单向水传输特性。a) STH 的光学显微镜图像；b) 显示 STH 顶面的 SEM 图像；c) 显示 STH 横截面的 SEM 图像；d) STH 内部 3D 结构的微型 CT 图像；e) 滨鸟喙的数字图像，突出显示其结构适应有效的单向水运输。STH 表面的水接触角图像，描绘了从上到下方向 f) 和从下到上方向 (g) 的测量值。
图3. STHE 的结构和防油污性能。a) 放置在南方木兰花瓣上的 STHE 的光学图像；b) STHE 内的孔径分布；c) STHE 的显微镜图像；d) 展示 STHE 水下防油污性能的图像；e) 说明 STHE 水下防油污性能背后机制的示意图；f) 显示 STHE 周围的防油环没有污染的图像。
图4. STHE 的蒸发性能。a) STH 和 STHE（湿的和干的）的太阳光谱和 UV-vis-NIR 漫反射模式；b) 在一个太阳照射下，不同直径的 STHE 的水质量随时间的变化；c) 在黑暗条件和一个太阳照射下有和没有 STHE 的水质量变化比较；d) 不同太阳强度（0-2.0 个太阳）下 STHE 的水质量随时间的变化；e) 在一个太阳照射下，不同浓度的 NaCl 溶液中 STHE 的水蒸发速率；f) 在一个太阳照射下，真实海水中 STHE 存在下 4 小时内的水质量变化。
图5. 是水中饱和STHE的水活化。a)纯水和浸入纯水后的饱和STHE的DSC曲线；b)纯水和浸入纯水后的饱和STHE在纯水中的蒸发焓；c)STHE中水状态的示意图；d)拉曼光谱显示浸入纯水中时STHE中的中间水(IW)和自由水(FW)的拟合峰；e)纯水的拉曼光谱显示IW和F的拟合峰；f)浸入纯水中时纯水和STHE中IW与FW的比率。
图6. 是界面太阳能驱动 STHE 的应用。a) 使用 STHE 进行太阳能驱动水蒸发的示意图；b) 在一个太阳照射下拍摄的 STHE 照片；c) 经 STHE 处理前后的油水乳液（水中的植物油、硅油和吐温 80）照片；d) 经 STHE 净化前后的罗丹明 B、亚甲蓝和日落黄溶液的紫外吸光度曲线；e) 经 STHE 净化前后酸性和碱性水溶液的 pH 值变化照片；f) 经 STHE 淡化前后真实海水的电阻测量。
图7. STHE 的室外水蒸发性能。a) 10:00-17:00 期间在室外观察到的不同太阳密度对应的 STHE 蒸发率；b) 用于室外测试的自制装置的光学图像；c) 室外测试白天测量的环境参数（相对湿度、温度和风速）。
原文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202412545
