Vertically Aligned Janus MXene-Based Aerogels for Solar Desalination with High Efficiency and Salt Resistance

杰纳斯 海水淡化 材料科学 盐(化学) 气凝胶 化学工程 纳米技术 工程物理 天体生物学 化学 有机化学 物理 生物化学 工程类
作者
Qi Zhang,Gang Yi,Ze Fu,Hongtao Yu,Shuo Chen,Xie Quan
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:13 (11): 13196-13207 被引量:411
标识
DOI:10.1021/acsnano.9b06180
摘要

Solar desalination is an effective way of converting solar energy to heat for seawater purification. The structure of absorbers and salt resistance are two crucial parameters for water transport and desalination stability. Here, we designed a vertically aligned Janus MXene aerogel (VA-MXA) with hydrophobic upper layer and hydrophilic bottom layer. Compared with irregular porous channels, such regulatable and well-ordered vertical array structure gives competitive advantage in the capillary water transport, light absorption, and vapor escape. MXene, which possesses a theoretical light-to-heat conversion efficiency of 100%, combined with the Janus structure, can efficiently convert light to heat and prevent the photothermal layer from “direct bulk water contact” with the hydrophobic upper layer, thus decreasing heat loss, while the hydrophilic bottom layer submerged in water can quickly pump water upward through the vertically aligned channels with low transport resistance and, meanwhile, enable effective inhibition of salt crystallization due to rapid dissolution with continuously pumping water. With a vertically aligned and Janus structure by flexible design, the Janus VA-MXA exhibited a high conversion efficiency (87%) and stable water yield for 15 days (∼1.46 kg·m–2·h–1) under 1 sun. About 6 L·m–2 of freshwater was output daily from seawater.
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