成果简介
限制太阳能蒸发器性能的主要问题是水热管理难以协调。本文，哈尔滨工业大学Qingyu Peng、Xiaodong He等研究人员在《Comm Mater》期刊发表名为“MXene-reduced graphene oxide sponge-based solar evaporators with integrated water-thermal management by anisotropic design”的论文，研究通过设计具有各向异性导热性和轴向水输送通道的分层氧化二甲苯还原石墨烯海绵，实现了水热一体化管理。还原氧化石墨烯既是海绵框架，也是在表面原位合成二氧化二烯的碳源。轴向框架支撑了结构，并为空气-水界面提供了快速输水通道。同时，MXene 纳米片垂直排列在框架表面，使得海绵的径向热导率远大于轴向热导率，从而抑制了轴向的热量损失。这种材料在阳光下的蒸发率为 2.35 kg m-2 h-1，在微弱阳光（0.5-sun）下的能源效率保持在 85%。此外，这种海绵的工作寿命长，持续工作 30 天后，蒸发率保持在 96%。
图文导读
图1：制作 rGMXn 海绵。
图2：rGMXn 海绵的机械稳定性。
图3：rGMXn 海绵的各向异性热性能。
图4：rGMXn 海绵在阳光照射下的光热性能。
图5：rGMX5 海绵的光热水蒸发性能
小结
总之，通过对 MXene-rGO 海绵的微观结构进行各向异性设计，实现了被动式水热一体化管理。rGMXn 海绵中的 MXene 纳米片是在 rGO 框架表面原位合成的，这保证了海绵在整个太阳波长范围内具有较高的光热转换效率。此外，海绵的轴向容器为界面上持续的光热水蒸发提供了快速的水传输通道。海绵的径向导热系数（0.268 W m-1 K-1）远大于轴向导热系数（0.025 W m-1 K-1），从而减少了热量损失，实现了出色的水热一体化管理。所获得的 rGMXn 海绵具有较强的机械稳定性、较低的密度和出色的亲水性，可用作漂浮在水面上的独立耐用的蒸汽发生器。此外，rGMXn 海绵具有出色的太阳能利用效率，尤其是在微弱的自然光下。在0.5太阳弱辐照度下，rGMX5海绵的蒸发率达到 1.6 kg m-2 h-1，能效达到 85%，这说明在高纬度缺水地区（弱日照条件下），太阳能驱动的水净化和海水淡化具有潜在的应用前景。本研究提出的原位合成方法为低成本实现基于海绵的太阳能驱动蒸发器的水热一体化管理铺平了道路，这种蒸发器易于部署且工作寿命长。
文献：
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