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    我国学者在光热材料研究领域取得新进展

    日期 2019-12-25   来源:工程与材料科学部   作者:郑雁军 邓意达  【 】   【打印】   【关闭

      在国家自然科学基金项目(批准号: 51871196,51771170)等资助下,云南大学材料科学与工程学院、云南省微纳材料与技术重点实验室万艳芬、杨鹏团队利用化学方法制备了一种由贵金属、半导体和碳点组成的纳米复合材料,该复合材料由于三种组分的协同效应和良好的电荷转移通道,实现了材料光热转换效率的提高。研究成果以“High-absorption Solar Steam Device Comprising Au@Bi2MoO6-CDs: Extraordinary Desalination and Electricity Generation”(基于Au@Bi2MoO6-CDs的高吸收太阳能蒸汽器件:超强海水淡化和发电性能)为题,于2019年11月21日在Nano Energy(《纳米能源》)上在线发表。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104298。

      为了缓解淡水资源的短缺,海水淡化一直是科学家关注的重点。另一方面,化石能源枯竭和使用化石燃料造成的环境污染也迫切需要开发新的能源形式。而利用光热材料将太阳能高效率转化成高品质热能,不仅可以应用于海水淡化,而且还可以通过温差发电效应进一步将热能转化为电能,为中小型全天候智能供电系统提供辅助能源。目前,科研工作者对光热材料的研究已经取得了重大的进展,但单组分材料由于其有限的光热转换效率,还不能满足实际需要。因此,通过进一步的设计和调控,制备出具有更高光热转换效率的复合材料是当前研究的重点。

      万艳芬、杨鹏团队设计并制备了一种具有仿生珊瑚结构的纳米太阳能吸收复合材料。该复合材料包括具有等离子激元效应的Au纳米锥、Bi2MoO6半导体和生物质碳点(CDs)三种组分,实现了在3D的Bi2MoO6内部包裹Au纳米锥,并在Bi2MoO6外部吸附大量的碳点的珊瑚状结构(如图)。与纯Au纳米锥、Bi2MoO6和CDs相比,该三元复合材料实现了有效的电荷转移,有利于光生电子-空穴对的分离,提高了材料的光热转换效率(在一个太阳光辐射下的光热转换效率为97.1%,水蒸发率为1.69kg m-2 h-1)。同时,材料表面的孔洞结构为太阳光的收集提供了众多的位点,通过孔洞对光的多级反射实现了70%的光吸收率。此外,将复合材料沉积在商用的温差发电片上,制成了太阳能温差发电器件。结果显示,该器件具有增强的温差发电性能,其输出功率高达97.4 µw cm-2。该研究为高效光热转换材料的研究提供了重要的实验依据,同时为海水淡化和新能源器件与系统的研发带来新的思路。

    图. 基于Au@Bi2MoO6-CDs复合材料的协同光热水蒸发过程示意图及复合材料形貌




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