Macroporous three-dimensional MXene architectures for highly efficient solar steam generation

DOI: 10.1039/c9ta00176j

单位：四川大学

通讯作者:魏阳

  有效利用丰富的太阳能产生蒸汽是一种有吸引力的，可再生的，环境友好的技术，用于海水淡化和废水净化，能够解决全球长期存在的水资源短缺问题。但是，低能效，高成本以及具有最新技术的多个组成部分的复杂系统阻碍了它们的实际应用。

    通过将MXene纳米片通过PVA的粘附力组装到三聚氰胺泡沫（MF）骨架上而获得的三维 MXene体系结构（3DMA），可以实现高的太阳能蒸汽产生效率。多孔MF不仅提供了水传输的通道，而且由于其较大的表面积而提高了光吸收能力。由于具有亲水性，因此MXenes可以充分润湿内部骨架，而整个3DMA可以自浮，因为水无法填充3DMA内的小孔。 MXene的二维到三维形态转化极大地增强了它们在紫外线，可见光和近红外区域的光吸收能力。所得的具有隔热层的3DMA在1个太阳光下显示高达88.7％的高太阳蒸汽效率，在5个太阳光照射下显示高达94.2％的太阳蒸汽效率，这与其他太阳蒸汽发生器系统的太阳蒸汽效率相当，具有太阳能海水淡化和废水净化应用。这项工作也为制造多功能的基于三维MXene的MXene的光热材料提供了新的可能性，以有效地产生太阳能蒸汽。

     这种可扩展的3DMA可用于从海水和废水中产生纯净水，对于有机染料和金属离子的排斥率接近100％。这项工作为在实际应用中利用MXene作为光热材料打开了一个新窗口，从而为开发用于太阳能驱动的海水淡化和废水净化的新型复合材料创造了一个平台。

All-weather-available, continuous steam generation based on the synergistic photo-thermal and electro-thermal conversion by MXene-based aerogels

DOI: 10.1039/c9mh01443h

    太阳能触发的蒸汽产生已成为一种绿色且可持续的战略，可以潜在地解决长期存在的全球淡水短缺问题。但是，考虑到清晨或午后或阴天的光照不足，此文献介绍了一种全天候可用的蒸汽发生系统，该系统能够在白天和晚上根据交联的MXene气凝胶（CMA）连续产生蒸汽。凭借CMA的强光吸收能力和出色的电导率，所构建的蒸汽发生系统不仅可以将阳光转化为热能以在晴天产生蒸汽，而且可以在弱光或黑暗的情况下通过利用电力持续实现热量的产生来生产水蒸气。此外，巧妙地引入了太阳能电池组件，避免了额外的电能输入和损耗。

    具有高光吸收效率和出色电导率的单一材料是实际全天候蒸汽产生应用所需要的。在典型的电热过程中，必须具有较低的电阻，以确保较低的电压输入以产生足够的热量以产生全天候蒸汽。迫切需要开发具有亲水性，高电导率和高吸光性能的新型整体多孔材料。MXene独特的结构和独特的表面化学赋予MXene具有许多关键特性，例如金属导电性和亲水性表面。将二维材料集成到三维宏观结构中，为蒸汽发生器中光吸收差和水传输速度慢的问题提供良好的解决方案，从而导致产生高性能的蒸汽。本文献使用乙二胺（EDA）作为交联剂，将二维三维 MXene板组装成具有少量GO的高导电性，光吸收性，隔热性和亲水性三维多孔结构。借助于冷冻干燥，交联的MXene水凝胶（CMHs）变成交联的MXene气凝胶（CMA）。基于CMA和太阳能电池（SC-B）组件的精心设计的蒸汽发生系统演示了全天候的蒸汽发生，其中CMA可以将阳光转化为热量以产生蒸汽，而SC-B可以将阳光转化为电能，从而支持CMA在阴暗的天气和黑暗的条件下产生电热蒸汽。