Solar RRL:多级结构TiN纳米管太阳能蒸气发生器转化效率高达85.36%

水是极为重要的自然资源,但随着现代社会的飞速发展和人口数量的急剧增加,人类对清洁水资源的需求也日益增长,加之严重的水体污染,全球性缺水问题已经成为人类面对的严峻挑战。净化水体、循环利用水资源和淡化海水逐渐成为对抗水资源短缺的重要手段。

(a)氮化温度对Ti网基TiO2纳米管阵列吸收光谱的影响(TNTA代表Ti网基TiO2纳米管阵列,S代表样品,后面的数字代表氮化温度);(b) S-750的光学照片;(c) S-750的扫描电镜图;(d)太阳能水蒸发示意图;(e)太阳能水蒸发微观示意图;(f) TNTA、S-650、S-700、S-750、S-800和S-850的太阳能水蒸发速率和转化效率图

太阳能是一种丰富的、清洁的、可再生资源,利用太阳能净化水体成为一种简单、低成本、低碳的新途径。目前,利用太阳能的方式大致可分为三类:光电转化、光化学转化和光热转化。太阳能光热转化效率远高于光电转化效率和光化学转化效率。同济大学材料科学与工程学院杨修春研究员课题组长期从事太阳能材料的研究,通过N掺杂TiO2纳米管阵列和在TiO2纳米管中填充金属和半导体量子点,改进了TiO2纳米管阵列的光电化学性能[RSC Advances 6(2016)70978-70983, Physica E 83(2016)322-328, Physica E 66(2015)120-124, Electrochimica Acta 91(2013)330-336, Journal of Alloys and Compounds 527 (2012) 106- 111, Electrochimica Acta 62(2012)158-162, Electrochimica Acta 83(2012)140-145]。在此研究基础上,结合课题组在贵金属等离子体共振吸收方面的研究积累,提出了将纳米结构TiN用于制备太阳能蒸气发生器的设想。将多级结构TiN纳米管网与玻璃纤维棉复合,在2.5 kW m-2 模拟太阳光照射下,其太阳能蒸气转化效率可达85.36%,相关工作在线发表在Wiley旗下期刊Solar RRL上 (DOI: 10.1002/solr.201700233),第一作者为同济大学材料科学与工程学院博士生任鹏同学。