受自然界水循環(huán)過程的啟發(fā)，利用太陽光驅(qū)動水蒸發(fā)獲得清潔淡水受到了研究者們的廣泛關注。在自然蒸發(fā)條件下，太陽光的利用率較低，實際蒸發(fā)較慢。研究者們嘗試將具有良好光吸收和光熱轉(zhuǎn)化能力的光熱膜材料應用到太陽光驅(qū)動蒸發(fā)體系中，以提高蒸發(fā)效率。

以往研究表明，具有可控微結(jié)構(gòu)的粗糙表面能夠有效降低對光的漫反射率，實現(xiàn)太陽光全波段的有效吸收，有利于實現(xiàn)高效的水蒸發(fā)。但是，表面微結(jié)構(gòu)的構(gòu)筑方式較為復雜，往往需要特殊設備或手段輔助完成，由此提升了膜材料制備的難度及成本。

據(jù)此，中國科學院青島生物能源與過程研究所研究員江河清帶領的膜分離與催化團隊提出，利用不同維度納米材料的復合策略，實現(xiàn)對光熱膜表面微結(jié)構(gòu)的調(diào)控，從而提高光捕獲效率，獲得理想的光熱蒸發(fā)效率。

研究人員通過將二維石墨烯與一維碳納米管二者復合，實現(xiàn)了對單一組分有序結(jié)構(gòu)的擾動，增加了光熱膜的表面粗糙度。通過這種表面微結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，太陽光光譜范圍內(nèi)的漫反射能夠降低到4.7%以下，光照下的膜表面溫度可達77℃。無序的堆積增大膜內(nèi)孔隙率，有利于水分子在膜內(nèi)的傳輸及擴散。相比于自然蒸發(fā)，基于該種納米復合光熱膜的蒸發(fā)過程效率提高了190%，太陽光利用率超過80%。

基于二維石墨烯與一維碳納米管的納米復合光熱膜制備示意圖

在實際應用中，該研究提出的納米復合光熱膜不僅能夠在含有酸、堿以及機污染物的模擬水樣中保持性能穩(wěn)定，同時能夠在不同含鹽量的海水中加快水蒸發(fā)，展現(xiàn)出了優(yōu)異的淡水生產(chǎn)能力。且此類光熱復合膜的制備過程簡便，可以構(gòu)筑在不同的多孔基底上。該研究成果有望促進太陽光驅(qū)動制備清潔淡水的應用，實現(xiàn)高效、綠色、可持續(xù)的海水淡化以及應急條件下的淡水保障。相關研究成果發(fā)表在Journal of Materials Chemistry A上。

在線光熱蒸發(fā)測試系統(tǒng)（a）及光熱膜材料的太陽光驅(qū)動促蒸發(fā)性能測試（b-d）

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