纳米复合光热膜促进水蒸发研究取得进展

近日，中科院青岛生物能源与工艺研究所研究员青领导的膜分离与催化团队提出，利用不同尺寸纳米材料的复合策略，实现光热膜表面微结构的调控，从而提高光捕获效率，获得理想的光热蒸发效率。相关研究成果发表在《材料化学》杂志上。该研究得到了国家自然科学基金、山东省自然科学基金和青岛市民生科技计划的资助。

受自然水循环过程的启发，研究人员广泛关注利用阳光来驱动水蒸发以获得干净的淡水。在自然蒸发条件下，太阳光利用率相对较低，实际蒸发相对较慢。研究人员正试图将具有良好光吸收和光热转换能力的光热薄膜材料应用于太阳能驱动的蒸发系统，以提高蒸发效率。以往的研究表明，微结构可控的粗糙表面可以有效降低光的漫反射率，实现对阳光全波段的有效吸收，有利于实现高效水分蒸发。然而，表面微结构的构建方法相对复杂，往往需要特殊的设备或手段来辅助完成，从而增加了薄膜材料制备的难度和成本。

在研究中，研究人员通过复合二维石墨烯和一维碳纳米管，实现了对单组分有序结构的扰动，提高了光热薄膜的表面粗糙度。通过对表面微结构的优化，太阳光谱范围内的漫反射率可以降低到4.7%以下，薄膜在光照下的表面温度可以达到77℃。无序积累增加了膜中的孔隙率，有利于水分子在膜中的传输和扩散。与自然蒸发相比，基于纳米复合光热薄膜的蒸发过程效率提高了190%，太阳光利用率超过80%。

在实际应用中，本研究提出的纳米复合光热膜不仅能在模拟含酸、碱和有机污染物的水样中保持稳定的性能，而且能加速不同含盐量海水中的水分蒸发，表现出优异的淡水生产能力。此外，光热复合膜的制备工艺简单方便，可以构建在不同的多孔基底上。研究成果有望推动阳光驱动制备清洁淡水的应用，实现高效、绿色、可持续的海水淡化和应急淡水保障。

(高雅丽)

《中国科学报》(2018-01-22第五版《创新周刊》)