天津理工&清华《AFM》：构建一种用于太阳能高效净水的纳米片！

高效节能的海水和污水净化技术是提供充足且符合标准的水的有效方法，可以解决日益严重的水资源短缺问题。与传统的净化技术相比，太阳能蒸馏系统是利用可再生能源提取淡水的一种很有前途的方法。然而，太阳能蒸汽发电的基本过程，即将太阳光转化为热能，是能源密集型的，这导致其效率十分低下。收集太阳能用于盐水和污水净化是缓解水资源短缺压力的可持续且有效的解决方案。然而，水分蒸发率依赖于高光强度和能量转换不足的影响。 来自清华大学和天津理工大学的学者报道了一种由磷钼酸（PMA）簇和卟啉配体组成的新型杂化给体-受体树状纳米片（简称DNS）。实验结果和分子动力学模拟表明，PMA和卟啉是定向连接并组装成稳定的纳米结构。得益于其独特的结构和光敏元件的优势，DNS在太阳照射下具有2.23 kg m-2 h-1的高蒸发率和90.9%的能量效率。值得注意的是，通过创新技术提高了蒸发性能，即使在接近自然日照强度的0.5标准太阳照射下，蒸发率也达到1.31 kg m-2 h-1，超过了绝大多数已报道的蒸发器。
此外，该蒸发器还具有出色的海水淡化和基于光热蒸馏的废水净化性能，突出了其在水净化方面的潜在应用。相关文章以“Architecting Hybrid Donor-Acceptor Dendritic Nanosheets Based on Polyoxometalate and Porphyrin for High-Yield Solar Water Purifcation”标题发表在Advanced Functional Materials。  
图1.合成DNS的表征。a） TEM图像，b）HRTEM图像和c）DNS的HAADF-STEM图像。d） DNS的EDX元素映射。e） DNS的AFM图像（插图是相应的高度表）.f）DNS的SAXRD光谱和g）Mo 3d区域的XPS光谱。
 图2.DNS的MD模拟。a） PMA簇（红色）、TPyP-Cu簇（蓝色）和CTAB簇（绿色）的初始模型。分别沿Z轴b）和X轴c）组装DNS的结构模型。CTAB、TPyP Cu和PMA在DNS中分别沿d）Z轴和e）X轴的密度分布。
 图3.a）接触角测量和b）DNS-M的紫外-可见-近红外光谱。c）DNS-M和空白膜在太阳照射下的光热行为。d）DNS-M在太阳照射下的光热响应循环试验。
 图4. a）DNS-M在1个太阳下的表面温度变化（插图为不同时间辐照后的红外图像）。b）支持不同量的散装水和DNS-M的蒸发率。c） 在黑暗和不同辐照强度下，使用DNS-M测量水的质量变化。d） 不同辐照强度下DNS-M的蒸发速率和能量效率。
 图5. a、 c）在1标准阳光照射下使用DNS-M测量海水和BR9溶液的质量变化。b）海水淡化前后四种初级离子的浓度。d）处理前后BR9溶液的吸收光谱。
 图6.a）比较DNS-M（红色）和DNS-M-C（绿色）的蒸发率。b）比较了不同蒸发器在0.5太阳照射下的蒸发率和能量效率。
 综上所述，本文已经证明，具有有序通道的树枝状纳米片可以促进水的蒸腾，降低蒸发焓，从而获得优异的蒸发性能。实验结果和分子动力学模拟证明，PMA团簇和卟啉单元是定向连接的，并形成稳定的结构。正如预期的那样，DNS-M的蒸发率高达2.23 kg m–2 h–1，能量效率为90.9%，在太阳照射下具有长期稳定性。
此外，创新技术提高了蒸发性能。即使在0.5标准阳光照射下，DNS-M-C的蒸发率仍高达1.31 kg m–2h–1，超过了绝大多数已报道的蒸发器。更重要的是，该材料在海水淡化和污水净化方面都表现出优异的性能。这些结果为高性能蒸发器的建设提供了合理有效的指导，以满足水净化的要求。

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