南京大學朱嘉教授課題組在界面光熱轉換及太陽能海水淡化取得新進展，近期以《Flexible and Salt Resistant Janus Absorbers byElectrospinning for Stable and Efficient Solar Desalination》為題發(fā)表在Advanced Energy Materials (https://doi.org/10.1002/aenm.201702884）上。
太陽能海水淡化具有低成本、環(huán)境友好等優(yōu)勢，是一種清潔、便攜的水處理技術，近年來興起的界面光熱轉換技術進一步推動了太陽能海水淡化的發(fā)展。隨著微納結構調(diào)控對光-蒸汽轉換效率的有效提高，如何解決海水淡化過程中吸收體本身的結鹽問題及其海水淡化性能的穩(wěn)定性問題成為學界、業(yè)界共同關注的焦點之一。
圖1 “雙面體”薄膜在海水淡化過程中工作原理示意圖
針對這一問題，朱嘉教授課題組設計并合成了一種新型的“雙面體”吸收體薄膜，為解決太陽能海水淡化過程中吸收體的結鹽問題提供了一條有效的路徑。在這一工作中，課題組通過微納結構設計，將光吸收、水蒸發(fā)層與水傳輸層作功能區(qū)分，同時利用連續(xù)電紡技術制備出具有不同親疏水性的雙層結構。在太陽能海水淡化過程中，實現(xiàn)了水蒸發(fā)區(qū)域與無機鹽離子傳輸區(qū)的功能性與結構性隔離（圖1），從而有效地抑制了“雙面體”材料表面的結鹽問題，其性能穩(wěn)定性較傳統(tǒng)吸收體材料大為提升（圖2）。
圖2“雙面體”薄膜與傳統(tǒng)吸收體的海水淡化穩(wěn)定性比較
課題組已在高效光熱轉換領域發(fā)表了一系列工作：首先成功地制備了寬頻、高效的等離激元吸收體(Science Advances, e1501227 (2016))；在此基礎之上實現(xiàn)了首個基于等離激元增強效應的太陽能海水淡化器件(Nature Photonics, 393 (2016))，從而很大程度解決了系統(tǒng)的光學損耗問題；隨后通過二維水通道設計和氧化石墨烯氣凝膠結構大大降低了器件向水體的熱傳導損耗 (PNAS, 13953 (2016)；Advanced Materials，1604031 （2017）)；接著提出并實現(xiàn)了基于仿生設計的“人工蒸騰”結構，進一步降低三項熱學損耗（熱傳導、熱對流和熱輻射），大大提高了光-蒸汽轉換效率（Advanced Materials,1606762 (2017)）。結鹽問題的抑制與性能穩(wěn)定性的提高，為這一技術的大規(guī)模應用進一步奠定了基礎。
課題組碩士生徐煒超與助理研究員胡曉珍為論文的共同作者，朱嘉教授是論文的通訊作者，并得到了南京大學祝世寧院士的指導與支持。這一工作還受到國家重點基礎研究計劃，國家自然科學基金委群體及面上項目，中央高；究蒲袠I(yè)務費專項基金，江蘇省優(yōu)勢學科等項目的支持。
論文鏈接：http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/aenm.201702884/abstract
- 四川大學金勇教授團隊 Nano Energy：具有可逆相變特性的太陽能驅動導電多功能水凝膠用于污水的凈化與實時監(jiān)測 2025-07-18
- 西華師范大學劉琦課題組 CEJ：無引發(fā)劑太陽能光聚合制備高性能、寬環(huán)境適應性和可回收水凝膠傳感器 2025-06-26
- 華南理工鄭大鋒教授、廣東工大邱學青教授團隊 ACS Nano：多功能全生物質雙層氣凝膠用于高效太陽能驅動海水淡化和熱電生產(chǎn) 2025-05-30
- 清華危巖、川師大白躍峰《npj Clean Water》: 高效光熱轉化聚合物水蒸發(fā)器助力水資源與鋰資源雙豐收 2025-06-06
- 海大黃瑋/張明鑫 Adv. Mater.：納米噴劑增強的水簇蒸發(fā)加速海水淡化 2025-03-16
- 東華大學俞建勇院士/李發(fā)學教授/高婷婷副教授 ACS Nano：用于大規(guī)模、低成本、高效太陽能海水淡化蒸發(fā)器的全纖維素基芯吸織物 2025-03-11
