High‐Entropy Single‐Atom Evaporator: Collaborative Omnibearing Light Trapping Stereo Structures for Efficient Water Transport Dynamics

材料科学 蒸发 光热治疗 化学物理 水运 蒸发器 纳米技术 化学工程 热力学 水流 物理 化学 环境科学 环境工程 热交换器 工程类
作者
Bokun Wang,Yanan Zhang,Yong Li,Yichen Wang,Yifan Kang,Peiyu Cui,Pengbo Zou,Miao Ma,Jiacheng Ma,Liangjun Xia,Long Qin,Fan Wu,Weilin Xu,Wenhuan Huang
出处
期刊:Advanced Materials [Wiley]
卷期号:37 (44): e12645-e12645 被引量:17
标识
DOI:10.1002/adma.202512645
摘要

Abstract Achieving efficient photothermal evaporation requires a synergistic integration of thermal management, water transport dynamics, and light trapping—key elements often challenging to harmonize. Herein, A high‐entropy single‐atomic metal doped porous carbon (HESA) with ultra‐low metal content of 1.77 wt.% is designed as a new type of photothermal material through a green and convenient routine, which displays tunable hierarchical nano/micro/macro‐porous structure. By integrating molecular dynamics simulations with a 3D light capture structure, a HESA cone evaporator is prepared, utilizing only 3 wt.% of photothermal content. Under 1.0 sun illumination, the cone evaporator demonstrates an outstanding water evaporation rate of 2.86 kg m −2 h −1 and photothermal evaporation efficiency of 94.5%. Compared to conventional flat evaporators, the cone increases absorbed energy by 18% and enhances the evaporation rate by 58.7%. Molecular dynamics analyses reveal that the evaporator significantly improves water transfer kinetics, achieving an intermediate water content nearly twice that of pure water. Complementary COMSOL simulations further validate that the conical array structure enhances light absorption and optimizes water evaporation and diffusion. This meticulously designed evaporator leverages adaptive thermal and light management strategies, offering an effective solution to longstanding challenges in solar interfacial evaporation.
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