超高海水淡化和发电性能复合光热新材料诞生

2020-01-07 16:51:07 来源: 科技日报 作者: 赵汉斌
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科技日报记者 赵汉斌

近年来,材料学界在光热材料的研究中不断取得新进展,但单组分材料有限的光热转换效率,还远不能满足实际需要。记者7日从云南大学和云南省科技厅了解到,云南省微纳材料与技术重点实验室近期利用化学方法,将贵金属、半导体和碳基材料复合,得到一种新的具有超高海水淡化和发电性能的复合光热材料。

基于三元复合材料的协同光热水蒸发过程示意图。(图片来源:Nano Energy官网)

目前,全世界能源的消耗主要以煤、石油和天然气为主,由此带来的化石能源枯竭和使用化石燃料造成的环境污染,持续困扰着人类。同时,为缓解淡水资源的短缺和能源危机,人们对海水淡化和发电给予了极大的关注。因此,通过更好的设计和调控,制备出具有更高光热转换效率的复合材料是研究的热点。

在云南省基础研究计划项目和国家自然科学基金支持下,云南大学万艳芬、杨鹏等人受珊瑚结构高吸光性能的启发,设计并制备了一种新型的复合材料,包括具有等离子体效应的金(Au)纳米锥、钼酸铋(Bi2MoO6)半导体和生物质碳点(CDs)三种组分,首次合成珊瑚状的Au@Bi2MoO6-CDs异质结构,实现在3D的钼酸铋内部包裹金纳米锥,并在钼酸铋外部吸附大量碳点。尤其是金纳米锥的加入,电子由钼酸铋转移到金锥表面,极大地增强了材料的光热性能。研究成果发表在国际知名期刊《纳米能源》(Nano Energy)上。

据介绍,这种三元复合材料实现了有效电荷转移,有利于“光生电子-空穴对”的形成,提高了材料光热转换效率。同时,材料表面的孔洞结构为收集太阳光提供了众多位点,通过孔洞对光的多级反射,实现了70%的光吸收率。经光热性能测试,发现其具有超高光热性能,在一个太阳光下的光热转换效率达到97.1%,水蒸发率达每平米小时1.69千克。

此外,将复合材料沉积在商用温差发电片上,可制成太阳能温差发电器件。结果显示,该器件具有增强的热电性能,其输出功率高达每平方厘米97.4 微瓦。这为高效光热转换材料的研究提供了重要实验依据,同时也为海水淡化和新能源器件及系统研发带来新思路。

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责任编辑:陈可轩

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