Plausible photomolecular effect leading to water evaporation exceeding the thermal limit

蒸发 可见光谱 材料科学 吸收(声学) 光学 热的 光电子学 化学物理 化学 复合材料 物理 气象学
作者
Yaodong Tu,Jiawei Zhou,Shaoting Lin,Mohammed Alshrah,Xuanhe Zhao,Gang Chen
出处
期刊:Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America [National Academy of Sciences]
卷期号:120 (45): e2312751120-e2312751120 被引量:100
标识
DOI:10.1073/pnas.2312751120
摘要

We report in this work several unexpected experimental observations on evaporation from hydrogels under visible light illumination. 1) Partially wetted hydrogels become absorbing in the visible spectral range, where the absorption by both the water and the hydrogel materials is negligible. 2) Illumination of hydrogel under solar or visible-spectrum light-emitting diode leads to evaporation rates exceeding the thermal evaporation limit, even in hydrogels without additional absorbers. 3) The evaporation rates are wavelength dependent, peaking at 520 nm. 4) Temperature of the vapor phase becomes cooler under light illumination and shows a flat region due to breaking-up of the clusters that saturates air. And 5) vapor phase transmission spectra under light show new features and peak shifts. We interpret these observations by introducing the hypothesis that photons in the visible spectrum can cleave water clusters off surfaces due to large electrical field gradients and quadrupole force on molecular clusters. We call the light-induced evaporation process the photomolecular effect. The photomolecular evaporation might be happening widely in nature, potentially impacting climate and plants' growth, and can be exploited for clean water and energy technologies.
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