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山东大学张清哲研究员AFM:离子调节等离子体气凝胶,实现高效抗盐蒸发,刷新海水淡化性能纪录!

高分子科学前沿  · 公众号  · 化学  · 2025-08-08 08:25
    

主要观点总结

研究团队开发出一种新型界面太阳能蒸发器(TiN/PIA),具有离子调控功能,能够高效且稳定地处理海水和废水淡化问题。该蒸发器利用低成本氮化钛(TiN)等离子体材料与聚酰亚胺气凝胶(PIA)结合,在高盐环境下仍能维持稳定的蒸发速率。其机制涉及光吸收、热能局域化以及盐水蒸发性能等。该研究不仅为太阳能淡化技术创造了新纪录,而且为清洁水资源的可持续方案提供了理论框架。

关键观点总结

关键观点1: 新型界面太阳能蒸发器(TiN/PIA)的开发

研究团队成功结合了氮化钛(TiN)等离子体材料与聚酰亚胺气凝胶(PIA),开发出一种具有离子调控功能的蒸发器。这种蒸发器能够在高盐环境下稳定地处理海水和废水,实现高效淡化。

关键观点2: 高效稳定的蒸发性能

TiN/PIA蒸发器在7%盐水中实现了创纪录的蒸发速率(4.22 kg·m⁻²·h⁻¹),并能在户外连续8天处理真实海水与工业废水,无盐结晶堵塞。

关键观点3: 独特的光热转化与热能局域化机制

TiN的局域表面等离子体共振(LSPR)效应使TiN/PIA光吸收率达94.8%,有限元仿真显示其电场强度和表面温度显著提升。COMSOL模拟证实热能高度局域化于蒸发界面,有效提高太阳能-蒸汽转换效率。

关键观点4: 盐水蒸发性能与离子活化机制优化

研究揭示了盐水蒸发性能和离子活化机制的核心原理,包括霍夫迈斯特效应在水分子网络中的作用。阴离子作用强度顺序为ClO₄⁻ > Cl⁻ > SO₄²⁻,印证了阴离子主导的水活化过程。

关键观点5: 实际应用验证与未来展望

户外应用验证表明,TiN/PIA蒸发器在真实环境中有良好的应用前景。其成本较低,适用于离网应急、船舶平台等场景。该研究提出的离子介导水活化机制为设计抗盐、低成本光热材料提供理论框架,推动了太阳能淡化技术向实际应用的发展。


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