分级多孔碳纳米纤维用于高效太阳能驱动水净化

材料科学 碳纤维 吸收(声学) 海水淡化 碳纳米纤维 离子 能量转换效率 纳米技术 化学工程 蒸发 光电子学 复合材料 碳纳米管 复合数 气象学 遗传学 量子力学 物理 工程类 生物
作者
Qingliang Luo,Yi Yang,Kangkang Wang,Jianyong Yu,Rongwu Wang,Dongxiao Ji,Xiaohong Qin
出处
期刊:Science China. Materials [Springer Science+Business Media]
卷期号:66 (8): 3310-3318 被引量:5
标识
DOI:10.1007/s40843-023-2431-3
摘要

Carbon materials are commonly used in the solar steam generation because they can absorb broadband light and generate heat effectively. However, conventional carbon with a smooth surface is limited by a moderate reflection of approximately 10%, causing significant reflective energy loss. Thus, we proposed a nanoscale multiple interface strategy to boost the intrinsic light absorption of carbon nanofibers (CNFs) for more efficient solar-driven water purification. The multiple interfaces were constructed by introducing hierarchical nanopores in CNFs (HPCNFs) through a facile sacrificial framework method. Owing to the high surface roughness and abundant internal air-dielectric interfaces derived from the hierarchical pores, the HPCNFs show significant improvement in broadband light (300–2500 nm) absorption up to 97.62%, which enables high solar-vapor conversion efficiency of 96.13% and evaporation rate of 1.78 kg m−2 h−1 under one sun illumination, surpassing majority of the related carbon materials. When used for solar steam desalination, the HPCNF film demonstrates high rejection of ions (< 0.05 mg L−1 salt ions) and produces freshwater from the lake at a rate of 11.18 kg m−2 per day, adequate to satisfy the daily needs of 4–5 individuals. This work provides a facile strategy for designing efficient carbon-based solar steam generation materials.
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