A multilayer mesh porous 3D-felt fabric evaporator with concave array structures for high-performance solar desalination and electricity generation

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作者
Zhiwei Lei,Bihua Hu,Peide Zhu,Xingzhu Wang,Baomin Xu
出处
期刊:Nano Energy [Elsevier BV]
卷期号:122: 109307-109307 被引量:121
标识
DOI:10.1016/j.nanoen.2024.109307
摘要

Solar-driven interfacial evaporation is a promising sustainable strategy to address global water scarcity. However, developing large-area, high-performance, multifunctional anti-fouling, and energy-using solar steam collection systems remains a significant challenge. Here, inspired by nature, we designed and prepared 3D-Felt fabric evaporators with hydrophilic MXene and chitosan&dopamine modified concave array structures, featuring multilayer mesh porous structures and adjustable concave sizes. Benefiting from the unique structural advantages, this evaporator has high light absorption ability (98.1%), balance between interfacial heating and water supply rate, effective vapor diffusion and low water evaporation enthalpy. The 3D evaporator achieves an evaporation rate of up to 2.69 kg m-2 h-1 under one-sun illumination, an impressive photothermal conversion efficiency of 97.09%, and an outdoor evaporation volume of up to 11.64 kg m-2. It exhibits high antibacterial (efficiency 99%), salt resistance (200 h in 15 wt% NaCl solution) and oil contamination resistance (underwater oil contact angle of 150°), allowing for long-term stable water purification. Importantly, the integrated solar evaporation system simultaneously provides effective desalination, self-sustaining irrigation for agriculture, and thermal energy-powered electricity generation. This work offers practical demonstration and good purifying performance, inspiring new paradigms for developing high performance solar vapor technology.
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