物理化学学报 >> 2020, Vol. 36 >> Issue (9): 1912008.doi: 10.3866/PKU.WHXB201912008
所属专题: 精准纳米合成
熊辉1, 谢歆雯2, 王苗2,*(), 侯雅琦1, 侯旭1,2,3,4,*(
)
收稿日期:
2019-12-02
录用日期:
2020-02-12
发布日期:
2020-03-02
通讯作者:
王苗,侯旭
E-mail:miaowang@xmu.edu.cn;houx@xmu.edu.cn
基金资助:
Hui Xiong1, Xinwen Xie2, Miao Wang2,*(), Yaqi Hou1, Xu Hou1,2,3,4,*(
)
Received:
2019-12-02
Accepted:
2020-02-12
Published:
2020-03-02
Contact:
Miao Wang,Xu Hou
E-mail:miaowang@xmu.edu.cn;houx@xmu.edu.cn
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摘要:
目前,太阳能海水淡化领域通过光子管理、纳米尺度热调控、开发新型光热转换材料、设计高效光吸收太阳能蒸馏器等方法实现了界面太阳能驱动蒸汽生成,这种绿色、可持续的脱盐技术已成为近年来的研究热点。碳基材料如碳纳米管、石墨烯、炭黑、石墨等都有涵盖整个太阳光光谱的光吸收能力,是一类新型的光热转换材料。本文通过对材料进行微结构设计,使用化学气相沉积(CVD)技术,在不锈钢网状骨架上生长碳纳米管形成光热转换活性区,以实现高效光吸收、光热转换,并进一步设计了房屋型太阳能蒸发器,其中盐水表面被微米网状-碳纳米管蒸发膜覆盖,利用光热转换过程产生的热量驱动重盐水中的水蒸发产生水蒸气,最后对水蒸气进行冷凝回收实现脱盐。实验结果表明,当光照强度为1个太阳光(1 kW∙m-2)时,膜表面温度迅速升高并稳定于84.37 ℃,对于重盐水(100 g∙L-1 NaCl)的脱盐率达到99.92%,可实现稳定持续的重盐水脱盐。这种方法可用于构建多孔界面光热转换脱盐系统,对设计界面光蒸汽转化膜材料及器件,实现规模化海水淡化具有重要的意义。
MSC2000:
熊辉, 谢歆雯, 王苗, 侯雅琦, 侯旭. 网状骨架CVD生长碳纳米管用于重盐水脱盐[J]. 物理化学学报, 2020, 36(9): 1912008.
Hui Xiong, Xinwen Xie, Miao Wang, Yaqi Hou, Xu Hou. CVD Grown Carbon Nanotubes on Reticulated Skeleton for Brine Desalination[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2020, 36(9): 1912008.
图2
微米网状-碳纳米管膜制备示意图。(a)化学气相沉积法制备微米网状-碳纳米管膜的过程示意图,100 g·L?1 NaCl溶液在化学气相沉积法制备的微米网状-碳纳米管膜上的接触角为133.4°;(b)机械填充法制备微米网状-碳纳米管膜的过程示意,使用0.5 g碳纳米管填充不锈钢网得到机械填充法制备的微米网状-碳纳米管膜1,100 g·L?1 NaCl溶液在机械填充法制备的微米网状-碳纳米管膜1上的接触角为145.8°。使用0.25 g碳纳米管填充不锈钢网得到机械填充法制备的微米网状-碳纳米管膜2,100 g·L?1 NaCl溶液在机械填充法制备的微米网状-碳纳米管膜2上的接触角为135.0°"
1 |
Shannon M. A. ; Bohn P. W. ; Elimelech M. ; Georgiadis J. G. ; Marinas B. J. ; Mayes A. M Nature 2008, 452, 301.
doi: 10.1038/nature06599 |
2 |
Dudchenko A. V. ; Chen C. ; Cardenas A. ; Rolf J. ; Jassby D Nat. Nanotechnol. 2017, 12, 557.
doi: 10.1038/nnano.2017.102 |
3 |
Yan K. ; Jiao L. ; Lin S. ; Ji X. ; Lu Y. ; Zhang L Desalination 2018, 437, 26.
doi: 10.1016/j.desal.2018.02.020 |
4 |
Zhu L. ; Chuan F. ; Gao M. ; Ghim W. H Adv. Mater. 2015, 27, 7713.
doi: 10.1002/aenm.201702149 |
5 |
Huang J. ; He Y. ; Wang L. ; Huang Y. ; Jiang B Energ. Convers. Manage. 2017, 132, 452.
doi: 10.1016/j.enconman.2016.11.053 |
6 |
Lou J. ; Liu Y. ; Wang Z. ; Zhao D. ; Song C. ; Wu J. ; Dasgupta N. ; Zhang W. ; Zhang D. ; Tao P. ; et al ACS Appl. Mater. Inter. 2016, 8, 14628.
doi: 10.1021/acsami.6b04606 |
7 |
Liu Y. ; Chen J. ; Guo D. ; Cao M. ; Jiang L ACS Appl. Mater. Inter. 2015, 7, 13645.
doi: 10.1021/acsami.5b03435 |
8 |
Zhu L. ; Gao M. ; Peh C. K. N. ; Wang X. ; Ho G. W Adv. Energy Mater. 2018, 8, 1702149.
doi: 10.1002/aenm.201702149 |
9 |
Zhu L. ; Gao M. ; Peh C. K. N. ; Ho G. W Mater. Horiz. 2018, 5, 323.
doi: 10.1039/C7MH01064H |
10 |
Zhang P. ; Li J. ; Lv L. ; Zhao Y. ; Qu L ACS Nano 2017, 11, 5087.
doi: 10.1021/acsnano.7b01965 |
11 |
Chen C. ; Kuang Y. ; Hu L Joule 2019, 3, 683.
doi: 10.1016/j.joule.2017.09.011 |
12 |
Kabeel A. E. ; El-Agouz S. A Desalination 2011, 276, 1.
doi: 10.1016/j.desal.2011.03.042 |
13 |
Tao P. ; Ni G. ; Song C. ; Shang W. ; Wu J. ; Zhu J. ; Chen G. ; Deng T Nat. Energy 2018, 3, 1031.
doi: 10.1007/BF02856901 |
14 |
Wang Z. ; Liu Y. ; Tao P. ; Shen Q. ; Yi N. ; Zhang F. ; Liu Q. ; Song C. ; Zhang D. ; Shang W. ; et al Small 2014, 10, 3234.
doi: 10.1109/tim.2011.2128710 |
15 |
Yu F. ; Chen Y. ; Liang X. ; Xu J. ; Lee C. ; Liang Q. ; Tao P. ; Deng T Prog. Nat. Sci-Mater. 2017, 27, 531.
doi: 10.1016/j.pnsc.2017.08.010 |
16 |
Zielinski M. S. ; Choi J. W. ; La Grange T. ; Modestino M. ; Hashemi S. M. ; Pu Y. ; Birkhold S. ; Hubbell J. A. ; Psaltis D Nano Lett. 2016, 16, 2159.
doi: 10.1021/acs.nanolett.5b03901 |
17 |
Zhou. L. ; Tan. Y. ; Ji. D. ; Zhu. B. ; Zhang. P. ; Xu. J. ; Gan. Q. ; Yu. Z. ; Zhu J Sci. Adv. 2016, 2, e1501227.
doi: 10.1364/PV.2015.PW3B.3 |
18 |
Bae K. ; Kang G. ; Cho S. K. ; Park W. ; Kim K. ; Padilla W. J Nat. Commun. 2015, 6, 10103.
doi: 10.1038/ncomms10103 |
19 |
Zhao F. ; Zhou X. ; Shi Y. ; Qian X. ; Alexander M. ; Zhao X. ; Mendez S. ; Yang R. ; Qu L. ; Yu G Nat. Nanotechnol. 2018, 13, 489.
doi: 10.1038/s41565-018-0097-z |
20 |
Fujiwara. M. ; Imura T ACS Nano 2015, 9, 5705.
doi: 10.1021/nn505970n.99999j |
21 |
Ni G. ; Li G. ; Boriskina S. V. ; Li H. ; Yang W. ; Zhang T. ; Chen G Nat. Energy 2016, 1, 1d.
doi: 10.1038/nenergy.2016.126 |
22 |
Yang Y. ; Zhao H. ; Yin Z. ; Zhao J. ; Yin X. ; Li N. ; Yin D. ; Li Y. ; Lei B. ; Du Y. ; et al Mater. Horiz. 2018, 5, 1143.
doi: 10.1002/adma.201502201 |
23 |
Zhao J. ; Yang Y. ; Yang C. ; Tian Y. ; Han Y. ; Liu J. ; Yin X. ; Que W J. Mater. Chem. A 2018, 6, 16196.
doi: 10.1063/1.365287 |
24 |
Fu Y. ; Wang G. ; Ming X. ; Liu X. ; Hou B. ; Mei T. ; Li J. ; Wang J. ; Wang X Carbon 2018, 130, 250.
doi: 10.2307/25599220 |
25 |
Hao W. ; Chiou K. ; Qiao Y. ; Liu Y. ; Song C. ; Deng T. ; Huang J Nanoscale 2018, 10, 6306.
doi: 10.1039/C7NR09556B |
26 |
Li X. ; Xu W. ; Tang M. ; Zhou L. ; Zhu B. ; Zhu S. ; Zhu J Proc. Natl. Acad. Sci. U. S. A. 2016, 113, 13953.
doi: 10.1073/pnas.0813280106 |
27 |
Li Y. ; Gao T. ; Yang Z. ; Chen C. ; Luo W. ; Yang B. ; Hu L Adv. Mater 2016, 29, 1700981.
doi: 10.1002/aenm.201601122 |
28 |
Li T. ; Fang Q. ; Xi X. ; Chen Y. ; Liu F J. Mater. Chem. A 2019, 7, 586.
doi: 10.1007/s13213-012-0568-7 |
29 |
Xue G. ; Liu K. ; Chen Q. ; Yang P. ; Li J. ; Ding T. ; Duan J. ; Qi B. ; Zhou J ACS Appl. Mater. Inter. 2017, 9, 15052.
doi: 10.1021/acsami.7b01992 |
30 |
Goh K. ; Karahan H. E. ; Wei L. ; Bae T. H. ; Fane A. G. ; Wang R. ; Chen Y Carbon 2016, 109, 694.
doi: 10.1016/j.carbon.2016.08.077 |
31 |
Ghasemi H. ; Ni G. ; Marconnet A. M. ; Loomis J. ; Yerci S. ; Miljkovic N. ; Chen G Nat. Commun. 2014, 5, 4449.
doi: 10.1038/ncomms5449 |
32 |
Wang Y. ; Zhang L. ; Wang P ACS Sustain. Chem. Eng. 2016, 4, 1223.
doi: 10.1021/acssuschemeng.5b01274 |
33 |
Nikolaos T. E.K. ; Loukas E. K. ; Maria B. ; Evangelos K. ; Theodore E. M. ; Dimitrios G. ; Panos P ACS Nano 2012, 6, 10475.
doi: 10.1021/nn304531k |
34 |
Yang Z. P. J. ; A.B. ; Shawn Y. L. ; Pulickel M. A Nano Lett. 2008, 8, 446.
doi: 10.1021/nl072369t |
35 |
Liu G. ; Xu J. ; Wang K Nano Energy 2017, 41, 269.
doi: 10.1016/j.nanoen.2017.09.005 |
36 |
Pendergast M. M. ; Hoek E. M. V Energ. Environ. Sci. 2011, 4, 1946.
doi: 10.1039/C0EE00541J |
37 |
Shannon M. A. ; Bohn P. W. ; Elimelech M. ; Georgiadis J. G. ; Marinas B. J. ; Mayes A. M Nature 2008, 452, 301.
doi: 10.1038/nature06599 |
38 |
Wu Z. ; Jonathan M. ; Jennifer S. ; Maria N. ; Katalin K. ; John R. R. ; David B. T. ; Arthur F. H. ; Andrew G. R Science 2004, 305, 1273.
doi: 10.1126/science.1101243 |
39 |
Cao F. ; Pan G. X. ; Xia X. H. ; Tang P. S. ; Chen H. F J. Power Sources 2014, 264, 161.
doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.04.103 |
40 |
Jiang J. ; Li Y. ; Liu J. ; Huang X. ; Yuan C. ; Lou X. W Adv. Mater 2012, 24, 5166.
doi: 10.1002/adma.201202146 |
41 |
Li X. ; Zhu B. ; Zhu J Carbon 2019, 146, 320.
doi: 10.1016/j.fgb.2010.08.002 |
[1] | 戴久翔, 龚忠苗, 徐诗彤, 崔义, 姚美意. 锆合金初始氧化行为的原位近常压XPS研究[J]. 物理化学学报, 0, (): 2003026 -0 . |
[2] | 常明凯, 胡娜, 李遥, 鲜东帆, 周万强, 王静一, 时燕琳, 刘春立. Eu(III)在蒙脱石上的吸附及碳酸根和磷酸根对其吸附的影响[J]. 物理化学学报, 0, (): 2003031 -0 . |
[3] | 程熠, 王坤, 亓月, 刘忠范. 石墨烯纤维材料的化学气相沉积生长方法[J]. 物理化学学报, 0, (): 2006046 -0 . |
[4] | 俞宏伟, 李实, 李金龙, 朱韶华, 孙成珍. 气驱油油气混相过程的界面传质特性及其分子机制[J]. 物理化学学报, 0, (): 2006061 -0 . |
[5] | 姜蓓, 孙靖宇, 刘忠范. 石墨烯晶圆的制备:从高品质到规模化[J]. 物理化学学报, 0, (): 2007068 -0 . |
[6] | 邹菁云, 高冰, 张小品, 唐磊, 冯思敏, 金赫华, 刘碧录, 成会明. 一维碳纳米管/二维二硫化钼混合维度异质结的原位制备及其电荷转移性能[J]. 物理化学学报, 0, (): 2008037 -0 . |
[7] | 刘晓婷, 张金灿, 陈恒, 刘忠范. 超洁净石墨烯薄膜的制备方法[J]. 物理化学学报, 0, (): 2012047 -0 . |
[8] | 程婷, 孙禄钊, 刘志荣, 丁峰, 刘忠范. 金属衬底在石墨烯化学气相沉积生长中的作用[J]. 物理化学学报, 0, (): 2012006 -0 . |
[9] | 孙成珍, 周润峰, 白博峰. 基于静电效应的石墨烯纳米孔选择性渗透特性[J]. 物理化学学报, 2020, 36(11): 1911044 -0 . |
[10] | 孙冠卿, 易宗霖, 魏涛. 胶体颗粒稳定的界面及胶体颗粒在界面的相互作用[J]. 物理化学学报, 2020, 36(10): 1910005 -0 . |
[11] | 刘太宏, 苗荣, 彭浩南, 刘静, 丁立平, 房喻. 薄膜基荧光气体传感器中的涂层化学[J]. 物理化学学报, 2020, 36(10): 1908025 -0 . |
[12] | 罗新杰, 张熙, 冯玉军. 液体弹珠:制备策略、物理性质及应用探索[J]. 物理化学学报, 2020, 36(10): 1910007 -0 . |
[13] | 蹇木强, 张莹莹, 刘忠范. 石墨烯纤维:制备、性能与应用[J]. 物理化学学报, 0, (): 2007093 -0 . |
[14] | 王文元, 张杰夫, 李喆, 邵翔. 单原子分散的Au/Cu(111)表面合金的表面结构与吸附性质[J]. 物理化学学报, 2020, 36(8): 1911035 -0 . |
[15] | 王百先,王琪菲,邸建城,于吉红. 具有抗生物污染活性的分子筛膜用于高效油水分离[J]. 物理化学学报, 2020, 36(1): 1906044 -0 . |
|