海洋能源網獲悉，近期，材料科學與工程學院崔洪芝教授課題組在太陽能海水淡化領域取得重要研究進展，相關論文以“Biomimetic Micro?Nanostructured Evaporator with Dual-Transition-Metal MXene for Efficient Solar Steam Generation and Multifunctional Salt Harvesting”為題發(fā)表于國際頂尖期刊《Nano-Micro Letters》。

太陽能驅動的界面蒸發(fā)是解決全球淡水短缺問題最具吸引力的方法之一。然而，在蒸發(fā)器中協同實現高蒸發(fā)率、有效鹽分收集和多功能性，仍然是一項關鍵挑戰(zhàn)。MXene 作為一種新興的二維材料，具有豐富的表面官能團、耐腐蝕性、抗菌性，以及成分、帶隙和功函數的可調性，為其在復雜的海洋環(huán)境中實現多功能性提供了有力保障。但是，惡劣環(huán)境，包括高太陽輻照強度、風化、低溫結冰、粉塵、生物污染等導致了蒸發(fā)器的效率和穩(wěn)定性大幅降低。

針對以上挑戰(zhàn)，崔洪芝教授團隊以具有超疏防污性能的蟬翼結構為靈感，設計并構建了一種具有仿生微結構的光熱超疏水復合陶瓷膜。其中，采用雙金屬元素Mo,V摻雜策略，增加了光熱層(V1/2Mo1/2)2CTx MXene的聯合態(tài)密度，使得光激發(fā)載流子松弛和熱釋放的數量增加，因此增強了MXene的光熱轉換性能。同時，這一機理為多主元金屬MXene的光熱轉換機制提供了新的見解。得益于(V1/2Mo1/2)2CTx MXene-200復合膜增強的“光阱”效應、光熱轉換和高通量的水傳輸，在單倍光強下能夠實現2.23 kg m−2 h−1的高蒸發(fā)速率。此外，由于仿生微納結構超疏水表面的新穎設計，復合膜可以誘導鹽分在膜邊緣進行定向沉積，從而實現鹽分的回收和濃鹽水的零排放。同時，該復合膜能夠實現協同的抗/除冰、防污、抗菌等多功能性，克服了蒸發(fā)器多功能性難以兼容的缺點，為太陽能蒸發(fā)技術在復雜服役環(huán)境中的實際應用提供了巨大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

該項研究工作得到了國家自然科學基金重點項目、山東省重大基礎研究項目，山東省重點研發(fā)計劃項目以及泰山攀登計劃等項目資助，中國海洋大學為唯一完成單位，崔洪芝教授為通訊作者。本論文的第一作者為2021級博士研究生徐瑞琪同學。

文章鏈接：

Nano-Micro Letters (2025) 17, 102.

https://doi.org/10.1007/s40820-024-01612-0

極端環(huán)境材料團隊網站鏈接：https://www.x-mol.com/groups/cui_hongzhi