Superoxide Radicals Inducing Perturbation in Water Hydrogen Bond Networks for Enhanced Solar‐Driven Water Evaporation

材料科学 激进的 氢键 蒸发 化学物理 摄动(天文学) 光化学 化学工程 分子 热力学 有机化学 物理 化学 量子力学 工程类
作者
Xiaojun He,Zhenglin Wang,Zhide Geng,Jiahong Liu,Zifeng Jin,Nan Chen
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
标识
DOI:10.1002/adfm.202505818
摘要

Abstract Solar‐driven interfacial evaporation (SIE) utilizes solar energy at the air/liquid interface, offering an energy‐efficient alternative to conventional evaporation methods. Due to the strong hydrogen bonding between water molecules, water evaporation requires breaking these intermolecular hydrogen‐bond networks, which demand a large amount of energy. As a result, achieving efficient evaporation remains a technological challenge. This study presents a novel approach that uses superoxide radicals (·O₂ − ) to disrupt the hydrogen‐bond network and enhance evaporation rates. A composite heterostructure of reduced graphene oxide (rGO) and oxygen vacancy (Ov)‐doped gadolinium oxide (rGO@Ov‐Gd₂O₃) is developed to explore this mechanism. Gd₂O₃ with oxygen vacancies generates ·O₂ − under light irradiation. Compared to the rGO framework, the water evaporation rate of rGO@Ov‐Gd₂O₃ is enhanced by 60%, reaching 4.03 kg/(m 2 ·h). Molecular dynamics (MD) simulations and density functional theory (DFT) calculations confirm that this enhancement results from the disruption and weakening of the hydrogen‐bond network by ·O₂ − . This work highlights the potential of ·O₂ − to improve evaporation efficiency and demonstrates their broader applicability in organic dye degradation and brine purification, showcasing their value in solar‐driven photothermal systems.
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