“木头”降低蒸发潜热实现高效太阳能热蒸发

目前全球有超过10亿人生活在缺水地区，到2025年将有多达35亿人面临缺水。海水淡化被认为是解决这一全球性问题的有效方法。利用太阳能界面蒸发进行海水淡化是一种高效的太阳能利用方式，具有效率高、响应快、易操作等优点。太阳能界面蒸发的速率主要由光的辐射强度和水的蒸发潜热决定，由于自然界中太阳光的强度在固定时刻是一定的，在此条件下水的最大蒸发速率将取决于水的蒸发潜热。例如，常规条件下水的蒸发潜热为2444J g-1，即使不考虑任何热损失，1个太阳光强度下（1 kW m-2），水的蒸发速率最大仅能达到1.47 kg m-2 h-1。如何在1个太阳光强度下实现更高的蒸发速率，是该技术亟需解决的问题。

有鉴于此，济南大学前沿交叉科学研究院薛国斌教授、刘宏教授课题组联合山东大学宋清华课题组，利用具有独特微纳孔结构的轻木，通过表面碳化和阶梯式脱木质素的方法，制备了一种3D木材基太阳能蒸发器。木材表面的碳化层具有优异的吸收太阳光的性质，内部的微纳多孔结构和脱木质素后暴露的羟基赋予了太阳能蒸发器可控的吸水高度。通过调节太阳能蒸发器吸光层距离水面的高度，可以使水在蒸发器孔道中为毛细水状态，水的蒸发潜热降低至1769 J g-1。在不计蒸发器侧面吸收的环境能条件下，水的蒸发速率可以达到1.93 kg m-2 h-1。3D蒸发器的设计，使得在降低太阳能蒸发器中水的蒸发潜热的同时，蒸发器的侧面可以从周围环境中吸收能量，在开放体系中，蒸发速率可以达到3.91 kg m-2 h-1。这种降低水的蒸发潜热，同时吸收环境能量的太阳能蒸发器设计为太阳能海水淡化提供了一种新策略。相关工作“Realization of Low Latent Heat of a Solar Evaporator via Regulating the Water State in Wood Channels”发表在ACS Applied Materials & Interfaces（DOI: 10.1021/acsami.0c01261）上。

文章一作（共同一作第一位）为师资博士后唐杰斌老师，刘宏、薛国斌、宋清华三位教授为通讯作者。

文章直达链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.0c01261