All-in-one self-floating porous foams as robust heat-blocking layers for efficient photothermal conversion and solar desalination

材料科学 化学工程 蒸发 能量转换效率 吸收(声学) 海水淡化 表面等离子共振 太阳能 光电子学 纳米颗粒 复合材料 纳米技术 化学 气象学 工程类 生态学 物理 生物 生物化学
作者
Liping Ren,Wei Zhou,Lei Wang,Kuo Lin,Yachao Xu,Jiaxing Wu,Ying Xie,Honggang Fu
出处
期刊:Science Bulletin [Elsevier BV]
卷期号:68 (22): 2760-2768 被引量:60
标识
DOI:10.1016/j.scib.2023.08.062
摘要

Solar-driven interfacial evaporation is a highly efficient and ecofriendly technology for producing freshwater. Herein, self-floating plasmon Ag/black TiO2/carbon porous layered foams (Ag-BTCFs) were demonstrated as efficient solar-thermal convectors using freeze-drying cast-molding and high-temperature surface hydrogenation strategies. This all-in-one three-dimensional (3D) cross-linked self-floating porous layered foam material with full-spectrum absorption can fully harvest sunlight (∼95.45%) and effectively block heat transfer to its sublayer. The synergy of sufficient utilization of absorbed ultraviolet radiation by black TiO2 (b-TiO2), visible light absorption by Ag nanoparticles (Ag NPs) via localized surface plasmon resonance, and near-infrared absorption by layered-amorphous carbon can achieve full-solar-spectrum absorption to concentrate thermal energy. In addition to their synergistic effect, they are conducive to the relaxation of hot electrons when utilizing photogenerated holes to degrade pollutants in domestic wastewater. The steam generation efficiency of Ag-BTCFs is up to 1.79 kg m-2h-1 due to their solar energy conversion efficiency of 81.74% under 1 sun irradiation, which is five times higher than the evaporation rate of pure water. Notably, the material's efficient ion removal rate of 99.80% for solar desalination indicates its high potential for various applications. This strategy provides new insights for fabricating recyclable heat-blocking layer systems against thermal loss to enhance solar steam generation.
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