Turning Dielectric MoO3 Nanospheres from White to Black through Doping for Efficient Solar Seawater Desalination

海水淡化 海水 电介质 兴奋剂 材料科学 吸收(声学) 蒸发 化学工程 光电子学 复合材料 化学 气象学 物理 地质学 工程类 海洋学 生物化学
作者
Haoyuan Bai,Jingtian Hu,Shiu Hei Lam,Yanzhen Guo,Xiaoming Zhu,Zhi Yang,Jianfang Wang
出处
期刊:ACS materials letters [American Chemical Society]
卷期号:4 (9): 1584-1592 被引量:26
标识
DOI:10.1021/acsmaterialslett.2c00402
摘要

The commonly white MoO3 with negligible light absorption is successfully converted to a black, strongly light-absorbing material through heavy V-doping, leading to over 90% absorption from 250 to 2000 nm. Experiments and calculations reveal that the carrier concentration in MoO3 and the imaginary part of the dielectric function increase significantly with increasing V-doping concentrations. The V-doped MoO3 nanospheres are embedded densely into a porous interlaced poly(vinyl alcohol) (PVA) network for solar seawater desalination. The harvested light is efficiently converted to local heat for interfacial seawater evaporation due to the strong light absorption of the doped nanospheres, the reabsorption of the scattered light by the closely packed nanospheres, and the low thermal conductivity of the PVA network. The solar absorber film containing 33.3 mol % V-doped MoO3 nanospheres gives a fast seawater evaporation rate of 2.01 kg m–2 h–1 and a high solar energy conversion efficiency of 93.44%. This work shows the great potential of turning non-light-absorbing dielectric oxide semiconductors into strongly light-absorbing materials through heavy doping for photothermal conversion applications. The design concept for solar absorber films with closely packed light-absorbing nanospheres will also inspire future developments of solar-powered water management applications.

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