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超高海水淡化和發電性能復合光熱新材料誕生
科技日報 趙漢斌 / 時間:2020-01-08 13:26:59

國際能源網1月8日訊:近年來,材料學界在光熱材料的研究中不斷取得新進展,但單組分材料有限的光熱轉換效率,還遠不能滿足實際需要。記者7日從云南大學和云南省科技廳了解到,云南省微納材料與技術重點實驗室近期利用化學方法,將貴金屬、半導體和碳基材料復合,得到一種新的具有超高海水淡化和發電性能的復合光熱材料。

基于三元復合材料的協同光熱水蒸發過程示意圖。(圖片來源:Nano Energy官網)

目前,全世界能源的消耗主要以煤、石油和天然氣為主,由此帶來的化石能源枯竭和使用化石燃料造成的環境污染,持續困擾著人類。同時,為緩解淡水資源的短缺和能源危機,人們對海水淡化和發電給予了極大的關注。因此,通過更好的設計和調控,制備出具有更高光熱轉換效率的復合材料是研究的熱點。
在云南省基礎研究計劃項目和國家自然科學基金支持下,云南大學萬艷芬、楊鵬等人受珊瑚結構高吸光性能的啟發,設計并制備了一種新型的復合材料,包括具有等離子體效應的金(Au)納米錐、鉬酸鉍(Bi2MoO6)半導體和生物質碳點(CDs)三種組分,合成珊瑚狀的[email protected]異質結構,實現在3D的鉬酸鉍內部包裹金納米錐,并在鉬酸鉍外部吸附大量碳點。尤其是金納米錐的加入,電子由鉬酸鉍轉移到金錐表面,極大地增強了材料的光熱性能。研究成果發表在國際知名期刊《納米能源》(Nano Energy)上。

據介紹,這種三元復合材料實現了有效電荷轉移,有利于“光生電子-空穴對”的形成,提高了材料光熱轉換效率。同時,材料表面的孔洞結構為收集太陽光提供了眾多位點,通過孔洞對光的多級反射,實現了70%的光吸收率。經光熱性能測試,發現其具有超高光熱性能,在一個太陽光下的光熱轉換效率達到97.1%,水蒸發率達每平米小時1.69千克。

此外,將復合材料沉積在商用溫差發電片上,可制成太陽能溫差發電器件。結果顯示,該器件具有增強的熱電性能,其輸出功率高達每平方厘米97.4 微瓦。這為高效光熱轉換材料的研究提供了重要實驗依據,同時也為海水淡化和新能源器件及系統研發帶來新思路。


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