太陽能驅動界面蒸發技術是利用太陽能進行高效蒸發的新型技術，因具備零碳排、高能效及模塊化的優勢，已成為可持續淡水生產的有效解決方案。中國科學院過程工程研究所研究員王鈺團隊在太陽能驅動界面蒸發研究方面取得進展，研發出以一維Ti2AlSnC MAX相納米纖維膜為光熱層的光熱蒸發器。實驗表明，該蒸發器可實現在強酸、強堿、高鹽度廢水等極端環境下高效、穩定利用太陽能生產淡水。
在全球淡水資源短缺與“雙碳”目標推動下，太陽能驅動界面蒸發技術在食物、能源和水處理等領域具有潛在應用價值。然而，傳統光熱材料對極端環境適應性不足，化學穩定性差、多功能性缺失及結構剛性等問題導致蒸發性能迅速下降，制約其實際應用。
該研究引入具有金屬與陶瓷雙重特性的MAX相材料。MAX相是新型功能性陶瓷材料，兼具陶瓷的高硬度、耐高溫、耐腐蝕以及金屬的導電性、導熱性和耐輻射性。研究通過調控A位元素（Sn/Al）固溶體，共型合成一維Ti2AlSnC納米纖維膜。實驗數據顯示，該材料具備超90%的寬光譜吸收率和高效光熱轉換能力，展現出優異的化學穩定性與機械柔韌性，可在pH<1的強酸環境中連續運行30天，保持2.8 kg m-2h-1的穩定蒸發速率。
研究表明，Ti2AlSnC納米纖維的親水性表面及多孔結構降低了水蒸發焓，形成易于蒸發的“中間水”簇，能夠提升蒸發性能。研究基于這一纖維材料，設計多種蒸發器結構以減少能耗，并結合焦耳加熱模塊協同調控熱管理，進一步解決光熱蒸發技術對光照條件的依賴。實驗中，在低光照或無光條件下，僅需小于3 V的低電壓輸入即可實現全天候淡水生產，蒸發速率最高達5 kg m-2?h-1。同時，通過表面疏水改性與幾何非對稱設計，這一蒸發器可有效抑制鹽結晶堆積，在20 wt%高鹽度廢水中仍維持高效脫鹽性能。經檢測，產水水質符合世界衛生組織飲用水標準。進一步，研究還開發了短切纖維懸浮液涂覆技術，使這一材料可適配剛性和柔性基底，拓展了其在定制化光熱器件中的應用場景。
上述研究有助于解決極端環境下光熱材料穩效性的難題，有望為工業高鹽廢水處理、海水淡化和緊急救災等場景提供可持續解決方案。
4月22日，相關研究成果發表在ACS Nano上。研究工作得到北京市自然科學基金等的支持。
論文鏈接
一維Ti2AlSnC MAX相的制備及性能
本文鏈接：科研人員研發出耐極端環境光熱陶瓷纖維膜材料http://m.sq15.cn/show-12-1095-0.html
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