近日，我团队在工程技术领域国际TOP期刊Chemical Engineering Journal上在线发表了题为“Construction of a 2D lamellar membrane for a combination of photocatalytic hydrogen evolution and photothermal water evaporation”的研究论文。本文是该团队在前期二维层状膜的构建和应用工作的基础上（Chem. Eng. J., 2023, 456, 140933; Renew. Sust. Energ. Rev., 2022, 168, 112767; ACS Appl. Mater. Inter., 2022, 14, 25, 29099-29110），在光催化分解水产氢和光热水蒸发方面取得的又一创新性成果。团队博士研究生周为明为第一作者。

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太阳能可以帮助解决能源和水资源短缺的危机。开发一种同时具有光催化析氢和光热水蒸发性能的材料可以同时实现绿色能源和淡水供应。基于传统二维半导体氯氧化铋（BiOCl）纳米片和一维的纤维素纳米纤维（CNFs）、碳纳米管（CNTs）和CNF@CNT自组装体，本研究设计并制备了系列二维层状膜，探讨了其在光催化析氢和光热水蒸发中的联合应用。研究结果表明，光催化析氢和光热水蒸发的性能与太阳能的转换效率和水分子的状态密切相关。由于BiOCl与CNF@CNT构建的二维层状膜（BOC-CNF@CNT）的光热转化率高、水传递能力强、受限水蒸发焓低，其表面温度可迅速达到46.6 ℃，光热水蒸发速率可达2.05 kg·m⁻²·h⁻¹。此外，由于光生载流子传输快、光热效应强以及受限水的作用，BOC-CNF@CNT的光催化析氢速率是BiOCl与CNFs二维层状膜(BOC-CNF)的1.99倍，是BiOCl与CNTs二维层状膜(BOC-CNT)的1.42倍。本研究为综合利用太阳能同时生产清洁氢气和淡水提供了新的有效策略。综上所述，复合二维层状膜的光催化析氢和光热水蒸发的机制如图2所示。