Ti3C2Tx MXene Nanoflakes Embedded with Copper Indium Selenide Nanoparticles for Desalination and Water Purification through High-Efficiency Solar-Driven Membrane Evaporation

材料科学 海水淡化 化学工程 纳米颗粒 蒸发 能量转换效率 复合数 石墨烯 纳米技术 光电子学 复合材料 遗传学 生物 热力学 物理 工程类
作者
Yijin Wang,Junli Nie,He Zhang,Yuanhong Zhi,Xiaohua Ma,Peng Zhong
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (4): 5876-5886 被引量:107
标识
DOI:10.1021/acsami.1c22952
摘要

Solar-driven interface evaporation recently emerges as one of the most promising methods for seawater desalination and wastewater purification, mainly due to its low energy consumption. However, there still exist special issues in the present material system based on conventional noble metals or two-dimensional (2D) nanomaterials etc., such as high costs, low light-to-heat conversion efficiencies, and unideal channels for water transport. Herein, a composite photothermal membrane based on Ti3C2Tx MXene nanoflakes/copper indium selenide (CIS) nanoparticles is reported for highly efficient solar-driven interface evaporation toward water treatment applications. Results indicate that the introduction of CIS improves the spatial accessibility of the membrane by increasing the interlayer spacings and wettability of MXene nanoflakes and enhances light absorption capability as well as reduces reflection for the photothermal membrane. Simultaneously, utilization of the MXene/CIS composite membrane improves the efficiency of light-to-heat conversion probably due to formation of a Schottky junction between MXene and CIS. The highest water evaporation rate of 1.434 kgm-2 h-1 and a maximum water evaporation efficiency of 90.04% as well as a considerable cost-effectiveness of 62.35 g h-1/$ are achieved by using the MXene/CIS composite membrane for solar interface evaporation, which also exhibits excellent durability and light intensity adaptability. In addition, the composite photothermal membrane shows excellent impurity removal ability, e.g., >98% for salt ions, >99.8% for heavy metal ions, and ∼100% for dyes molecules. This work paves a promising avenue for the practical application of MXene in the field of water treatment.
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