Lightweight, Mesoporous, and Highly Absorptive All-Nanofiber Aerogel for Efficient Solar Steam Generation

材料科学 气凝胶 纳米纤维 介孔材料 纳米技术 化学工程 催化作用 工程类 生物化学 化学
作者
Feng Jiang,He Liu,Yiju Li,Yudi Kuang,Xu Xu,Chaoji Chen,Haojie Chen,Chao Jia,Xinpeng Zhao,Emily Hitz,Yubing Zhou,Ronggui Yang,Lifeng Cui,Liangbing Hu
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:10 (1): 1104-1112 被引量:373
标识
DOI:10.1021/acsami.7b15125
摘要

The global fresh water shortage has driven enormous endeavors in seawater desalination and wastewater purification; among these, solar steam generation is effective in extracting fresh water by efficient utilization of naturally abundant solar energy. For solar steam generation, the primary focus is to design new materials that are biodegradable, sustainable, of low cost, and have high solar steam generation efficiency. Here, we designed a bilayer aerogel structure employing naturally abundant cellulose nanofibrils (CNFs) as basic building blocks to achieve sustainability and biodegradability as well as employing a carbon nanotube (CNT) layer for efficient solar utilization with over 97.5% of light absorbance from 300 to 1200 nm wavelength. The ultralow density (0.0096 g/cm3) of the aerogel ensures that minimal material is required, reducing the production cost while at the same time satisfying the water transport and thermal-insulation requirements due to its highly porous structure (99.4% porosity). Owing to its rationally designed structure and thermal-regulation performance, the bilayer CNF-CNT aerogel exhibits a high solar-energy conversion efficiency of 76.3% and 1.11 kg m-2 h-1 at 1 kW m-2 (1 Sun) solar irradiation, comparable or even higher than most of the reported solar steam generation devices. Therefore, the all-nanofiber aerogel presents a new route for designing biodegradable, sustainable, and scalable solar steam generation devices with superb performance.
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