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Bioinspired and 3D-printed Solar Evaporators for Highly Efficient Freshwater-Electricity Co-generation

材料科学 3d打印 纳米技术 化学工程 工程类 电气工程 生物医学工程
作者
Xueqian Zhang,Jingjing Guo,Zhong Zou,Bowen Luo,Ning Li,Zhen Yang,Shaohui Xiong,Xu Wang,Yuanting Xu,Yiwen Li
出处
期刊:Materials horizons [Royal Society of Chemistry]
标识
DOI:10.1039/d5mh00442j
摘要

Interfacial solar steam generation, governed by dynamic mass and heat transfer processes, holds significant potential for alleviating the water-energy crisis. Various advanced water-electricity co-generation (WEG) systems have been developed in recent years. However, their complex preparation process and lack of harmonious integration hinder further advancement. To address these challenges, we design and fabricate a novel WEG system inspired by tree transpiration, based on the principle of charge separation induced by water passing through a negatively charged channel to achieve freshwater-electricity co-production. This system consists of melanin-like polydopamine nanoparticles (PDA NPs)-coated film for solar absorption and a support layer doped with PDA NPs for water transportation, thermal insulation, and power generation. The high degree of design freedom and flexibility afforded by the 3D printing technique allows for effectively regulating the water flow content and height, ensuring sufficient ion migration and brine circulation. This WEG system achieves a harmonious integration of water evaporation and electricity generation, which demonstrates an efficient, self-operating, and sustainable output of 0.48 V, 18.36 μA, and a water evaporation rate of 2.13 kg m-2 h-1 under one sun irradiation. This work provides new inspiration for the structural design of robust WEG systems for highly efficient freshwater-electricity co-generation.

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