![]()
关键词：二维材料（Two-dimensional materials）；太阳能蒸汽生产（Solar steam
generation）；水净化（Water purification）；光热转换（Photothermal
conversion）；脱盐（Desalination）研究背景
随着全球人口的快速增长和工业化的快速发展，淡水资源的可持续供应已成为人类面临的严峻挑战之一。开发高效、经济、节能且环保的水净化技术迫在眉睫。太阳能驱动的界面蒸汽发生（SISG）作为一种前沿的水净化技术，可以利用天然丰富的可再生阳光在气-液界面进行光热加热水，从而从各种水源中实现可持续的淡水生产。现有的光热转换材料在太阳能全光谱吸收方面存在限制，导致蒸发效率不高。实现整个太阳光谱的满意光吸收以及提高蒸发效率仍然是一个巨大挑战。尽管在SISG系统上取得了显著进展，但在提高光热转换效率和蒸发性能方面仍需进一步研究和开发新材料。
研究内容
作为一项概念验证研究，作者采用了一种简单的碱性水热策略，通过从MoAlB中部分脱嵌Al层来合成二维层状MoAl1-xB
MBene材料，并进一步证明了制备的MoAl1-xB由于其宽的太阳吸收带宽而具有良好的光热转换能力。作为一种新型光热平台，MoAl1-xB膜在单太阳照射下的蒸发速率高达1.59 kg⋅m−2⋅h−1，蒸发效率高达96.66%。这种性能与之前报道的大多数2D型太阳能蒸发器相比是有利的。更重要的是，MoAl1-xB膜在各种情况下对各种废水来源（如有机染料、抗生素、油水乳液、重金属和酸性/碱性溶液）的净化表现出令人信服的鲁棒性，具有高截除率和长期测试的优异耐久性。此外，MoAl1-xB膜可以通过太阳能海水淡化和盐水溶液持续生产比自来水质量更好的清洁水。本研究突出了MBene基材料的新型光热转换能力，并证明了其在各种要求下的太阳能水净化性能。
图文导读
![]()
图1. (a) MoAl1-xB合成工艺示意图。(b) MoAlB和(c) MoAl1-xB的XRD谱图。(d) MoAlB和MoAl1-xB的拉曼光谱。MoAl1-xB的XPS光谱：(e) survey，(f) B 1s, (g) Al 2p, (h) Mo 3d。图2. （a, b）MoAlB的SEM图像和(c) EDS映射图像。(d) MoAl1-xB的SEM图像，(e) TEM图像，(f) HRTEM图像，(g) MoAl1-xB的EDS图谱。(h) MoAlB和(i) MoAl1-xB的能谱和元素比。图3. (a) MBene膜的制备工艺示意图。(b)尼龙膜和MBene膜照片。(c) MBene粉末、MBene膜和尼龙膜的紫外-可见-近红外光谱。MBene膜的动态接触角试验：(d)底表面和(e)顶表面。(f)尼龙膜和MBene膜的导热系数。图4. (a)一次太阳照射下不同蒸发系统地表温度的时间变化。(b)单太阳照射下MBene膜的红外热像图。(c)一次太阳照射下不同蒸发系统的水质量变化的时间变化。(d)一次太阳照射下不同蒸发系统的蒸发速率和效率。(e)一次太阳照射下不同MBene负荷量下MBene膜水质量变化的时间变化。(f) MBene膜在一次太阳照射下的循环性能。不同强度太阳照射下MBene膜表面温度(g)和水质量变化(h)的时间变化。(i)不同强度太阳照射下MBene膜的蒸发速率和效率。图5. (a)紫外-可见吸收光谱和(b)从MBene膜太阳能蒸发器收集的各种有机染料溶液和纯净水的照片。(c) MBene膜在一次太阳照射下蒸煮各种有机染料溶液的循环性能。抗生素（d: LVX, f: CIP）和相应纯化水（e,g）的3D-EEM谱图。(h)一次太阳照射下MBene膜上不同乳剂水质量变化的时间变化。(i)照片和(j)从MBene膜太阳能蒸发器收集的各种乳剂和纯净水的TOC含量。图6. (a)水质量变化的时间变化，(b)相应的蒸发速率和(c)一次太阳照射下酸性/碱性水的pH值测试。(d)一次太阳照射下MBene膜上重金属溶液水质量变化的时间变化。(e) MBene膜在一次太阳照射下蒸重金属溶液的循环性能。(f)重金属溶液和纯净水的离子浓度。(g)荔枝湖照片。(h)一次太阳照射下MBene膜上湖水质量变化的时间变化。(i)湖水和纯净水的TDS和EC测试。图7. (a)一次太阳照射下海水和纯净水的水质量变化的时间变化。(b)单太阳照射下MBene膜的循环性能。(c)太阳能脱盐前后的原生阳离子离子浓度。(d)一次太阳照射下不同盐度咸水水质量变化的时间变化。(e)太阳脱盐前后不同盐度盐水的离子浓度、(f) TDS和(g) EC。(h) MBene膜在3.5 wt% NaCl溶液中的长期脱盐试验。(i)在一次太阳照射下重复使用的MBene膜上的水质量变化的时间变化。图8. （a,b,d）室外试验期间温度/湿度和太阳通量环境参数的时间变化。(c)不同的室外测试系统。(e)不同系统中MBene膜的风速和蒸发速率。结论与展望
综上所述，作者展示了一个基于MBene材料的太阳能驱动界面蒸汽发生（SISG）的新光热平台。设计的SISG装置由MBene膜作为太阳能吸收器，空气铺设纸作为输水通道，EPE泡沫作为绝缘层组成。由于他们在SISG装置上的合作，基于MBene的蒸发器集广泛的光吸收、良好的热管理和快速抽水于一体，从而表现出优异的太阳能蒸汽产生性能，蒸发速率高达1.59 kg m-2h−1，相应效率为96.66%。MBene蒸发器对多种污染水（如有机染料、抗生素、油水乳液、重金属和酸性/碱性溶液）的净化效果良好。此外，MBene蒸发器可以很容易地实现从海水和盐水溶液中持续稳定地生产清洁水。本研究为MBene基光热材料的合成和应用，以及高性能SISG器件的设计提供了新的见解。
参考文献：M. Chang, L. Ai, R. Yang, X. Wang, Y. Xu, J.
Jiang, Two-dimensional layered MBene membrane towards sustainable freshwater
production from solar interfacial evaporation. Chemical Engineering Journal 486,
150078 (2024).文献链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.150078声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
