第一作者：Liu Yifan
通讯作者：郭志光{湖北大学） 黄金霞（中科院）
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太阳能驱动的水蒸发被认为是通过直接使用太阳能来缓解淡水资源危机的可持续方法。然而，要实现具有高蒸发和净化性能的多功能太阳能蒸发器来处理实际的复杂废水仍然具有挑战性。本文采用FeOOH量子点（FQDs）支撑的MXene片复合材料和壳聚糖水凝胶涂层交替装饰商业海绵，同时实现太阳能水蒸发和有机废水光降解，制备了一种简单而经济的多功能三维太阳能蒸发器。MXene复合材料使太阳能蒸发器具有优异的光热转换性能，亲水性壳聚糖水凝胶涂层的海绵互连骨架结构作为传质和输水通道。锚定在MXene片表面的芬子催化FQDs接受MXene片的光生电子，在阳光照射下诱导有机污染物光芬子降解反应。所得到的蒸发器具有优良的水蒸发速率2.54kgm-2h-1和高降解效率（亚甲基蓝为99.24%），以及在长期海水淡化（20 wt.%NaCl）中持久的增盐性能。本工作为多功能太阳能蒸发器的设计提供了一种简单可行的策略，以满足潜在的应用前景。
2.通过装饰商业海绵，制备了FeOOH量子点（FQDs）支持的MXene片复合材料，这些材料作为高效的光热转换器，在太阳能蒸发和净化过程中发挥了关键作用。FQD@A-Ti3C2Tx MXene复合材料不仅具有出色的光热转换性能，还能触发光芬顿降解反应。
3.在太阳能照射下，CFMD蒸发器对有机污染物的降解效率极高，例如对亚甲基蓝（MB）的降解率达到99.24%，对甲基橙（MO）的降解率也达到95.33%。
4.实验结果表明，CFMD蒸发器在长时间蒸发脱盐过程中能够形成稳定的离子扩散平衡，确保其在高盐度条件下的耐盐性。此外，在多次太阳能蒸发循环中，蒸发器的蒸发速率保持稳定。
FQD@A-Ti3C2Tx MXene复合材料及CFMD太阳能蒸发器的制备方案
图1。制备的MXene片的SEM a)和TEMb)的图像。d，e)FQD@A-Ti3C2Tx复合材料的TEM和HRTEM图像和相应的元素映射f)。e)为对应的SAED模式。g)拉曼光谱和c)FeOOH和MXene复合材料的XRD谱图。h)FeOOH量子点、Ti3C2Tx和FQD@A-Ti3C2Tx复合材料的Zeta电位。i)Ti3C2Tx和FQD@A-Ti3C2Tx复合材料的N2吸附-解吸等温线和BJH孔径分布图。
图2。原始的a) MS、c) FMD和d、e)CFMD样本的SEM图像，以及相应的f)CFMD的元素映射。b)MS、FMD和CFMD样品的光学照片。g)样品的XPS调查光谱。h)MS和CFMD的高分辨率C 1s光谱，i)CFMD和FQD@A-Ti3C2Tx的高分辨率Ti 2p光谱。j)样品的FTIR光谱。k)CFMD15蒸发器的孔径分布和接触角测量。
图3. a)质谱和CFMDx太阳吸收器的UV-Vis-NIR吸收光谱和归一化的AM 1.5G光谱太阳密度。b)MS、DPM、FMD和CFMD15在1-太阳照射下的表面温度曲线及样品在稳态下插入的红外图像。c)CFMD15样品在不同阳光光照强度下的表面温度曲线和样品在稳态状态下插入的红外图像。d)CFMD15太阳能蒸发器在1日照射湿态和散装水中的表面温度曲线以及1日照射前后样品的红外图像。e)干/湿态下MS、FMD下、CFMD和水的导热系数。f)CFMD15太阳能吸收器在干湿太阳照射下随时间变化的红外图像。 图5总结了不同材料配比对蒸发效率的影响，结果显示CFMD15的蒸发效率最好，且其可以长期保持较高的蒸发速率，同时相较于以往的蒸发器，其蒸发效率处于较高的水平。
图4. a)太阳能蒸发试验所用的系统示意图。(a)使用CFMDx太阳能蒸发器，在1太阳光照下，水的质量随时间的变化，以及b)相应的蒸发速率和效率。d)CFMDx太阳能蒸发器中的纯水和水的DSC剖面图。e)质谱和CFMD15蒸发器的拉曼光谱，拉曼位移为3000-3800cm-1。f)CFMDx蒸发器的水蒸发焓与等效蒸发焓的比较。g)CFMD15蒸发器中水的质量随时间的变化，h)相应的蒸发速率和效率。i)与之前报道的其他太阳能蒸发器的蒸发性能比较。
图7. a)蒸发质量的变化和不同水源使用CFMD15太阳能蒸发器的蒸发速率。c)单日照射下酸性/碱性和黄河水的pH试验。d)重金属溶液和e)模拟海水在太阳净化和海水淡化前后的初级离子浓度。f)用通用万用表测量的不同溶液的电阻。g)室外太阳能蒸发装置的光学照片。h)在室外太阳能蒸发过程中随时间变化的水蒸汽产生过程。i)CFMD15太阳能蒸发器从08：00-20：00、太阳辐照度和2024表面温度。j)模拟海水室外蒸发淡化前后的4个主要离子浓度。
图8.在CFMD15样品存在下，含a) MB和d) MO的模拟有机废水在光降解过程中随时间变化的紫外-可见吸收光谱。CFMDx样品对b) MB和e) MO的光降解速率曲线和相应的c、f)动力学曲线用拟一阶反应模型拟合。g)CFMD样品的光顿降解反应机理。h)CFMD样品在黑暗和光照下的DMPO-·OH和DMPO-·O2- ESR光谱。
综上所述，通过静电相互作用诱导组装方法，建立了具有光热和光降解特性的多功能CFMD太阳能蒸发器。采用FQD@A-Ti3C2TxMXene复合材料，结合光热响应MXene片对商用三聚氰胺海绵和光催化FeOOH量子点进行装饰。由于质谱具有固有的多孔互连结构和独特的超亲水性涂层CS水凝胶层，在太阳蒸发过程中同时保证了可持续的供水和蒸汽转移途径。因此，CFMD蒸发器具有显著的太阳蒸发性能，高蒸发率为2.54kgm-2h-1，在1日照射下的能源效率超过82.7%。CFMD蒸发器在3.5~20wt%条件下的蒸发速率保持在2.07~2.2.29kgm-2h-1之间，甚至在12 h盐水蒸发过程中保持在1.9kgm−2h−1以上。CFMD蒸发器基于良好的蒸发能力，实现了来自模拟海水、重金属溶液、有机废水和当地河流水等各种来源的废水的净化。此外，粉催化FeOOH量子点的加入使CFMD蒸发器在太阳能照明下对废水中有机污染物（MB）的降解率达到99.24%。采用基于CFMD蒸发器的蒸发系统进行的室外太阳能蒸发实验，证明了其具有相当大的海水淡化和废水净化能力。我们期望在这项工作中设计的太阳能蒸发系统将提供新的启示，有助于提供新的污水净化途径。
翻译与资料整理：徐泽恩
编辑：环境与能源功能材料
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