太阳能驱动的界面蒸发是利用水面上的太阳能提供一种可持续和经济的手段,从而有效地从非传统水源捕获淡水。木质蒸发器具有分级多孔结构和机械稳定性,是石油基材料的可再生替代品。尽管如此,低蒸发速率和弱界面强度的劣势是目前木质蒸发器难以克服的问题。郑州大学张亚涛和朱军勇使用化学稳定的配位聚合物(Ni-二硫代恶烷酰胺,Ni-DTA)作为亲水性光热纳米材料,用于性能得到改进的木质蒸发器的分子设计。
本文要点
(1)在巴沙木(Balsa)通道壁面上所原位合成Ni-DTA提供了足够的光热畴,其定位转换的能量能够促进界面蒸发。合理控制甲醇/二甲基甲酰胺的比例可以使1D纳米纤维和0D纳米颗粒共存,使Balsa-NiDTA在一次阳光照射下就具有2.75 kg m–2 h–1的高蒸发率和82%的能效。
(2)实验和模拟结果表明,具有较强水合能力的Ni-DTA聚合物降低了蒸发界面附近水分子氢键密度降低所引起的等效蒸发焓。而Balsa-NiDTA蒸发器显示出高的化学稳定性,这主要是由于强大的Ni–S/Ni–N键和Ni-DTA优异的纤维素亲和力所致。
(3)此外,Balsa-NiDTA蒸发器显示出优异的抗菌活性和低结垢倾向。这项工作提出了一种简单温和的策略来设计化学稳定的木质蒸发器,有助于在恶劣条件下实现高效和可持续的太阳能脱盐。
Kai Sheng, et al. When Coordination Polymers Meet Wood: From Molecular Design toward Sustainable Solar Desalination. ACS Nano. 2023
DOI:10.1021/acsnano.3c01421
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.3c01421