近日，我团队连续在化学工程领域国际TOP期刊 Chemical Engineering Journal上在线发表了题为“Multifunctional composite membranes for interfacial solar steam and electricity generation”的研究性论文。本文是该团队基于前期二维层状膜的构建和应用工作的基础上（Chem. Eng. J., 2023, 144395; Chem. Eng. J., 2023, 456, 140933; Desalination, 2023, 548, 116280; Renew. Sust. Energ. Rev., 2022, 168, 112767; ACS Appl. Mater. Inter., 2022, 14, 25, 29099；Sep. & Purif. Technol., 2022, 285, 120301），在太阳能协同海水淡化和发电领域中取得的又一创新性成果。团队硕士研究生吴依婷为第一作者。

图1论文首页

近年来以太阳能界面蒸发（ISSG）为代表的新兴净水技术发展迅速。通过微孔薄膜和高效光热材料的结合，ISSG协同生产淡水和电力是解决淡水短缺和能源需求有前途的方案。在这项研究中，我们开发了由二维材料还原氧化石墨烯（rGO）和一维材料甲壳素纤维@多壁碳纳米管（Chiber@CNT）构建的复合薄膜。通过混合维度设计集成优势，获得具有独特层状多孔结构和优异宽带吸收的复合薄膜。值得注意的是，在1 kW·m^-2阳光照射下，复合薄膜的水蒸发速率达到2.10kg·m^-2·h^-1，光热转换效率为75.79%。此外，基于多孔纳米材料中的自然水蒸发发电的能量收集策略，该复合薄膜成功地实现了淡水和电力的协同应用。在3.5 wt% NaCl溶液中，输出电压达到0.39 V。薄膜的输出电压随着NaCl溶液浓度的变化而变化，从0.26V（在去离子水中）增加到0.45V（在饱和NaCl溶液中）。分子动力学模拟结果表明，发电量的变化可归因于甲壳素纤维（Chiber）中离子与亲水官能团之间原子间相互作用强度的差异。综上所述，复合薄膜的制备流程和太阳能驱动海水淡化和发电示意如图2所示。

图2复合薄膜的制备流程和太阳能驱动海水淡化和发电示意图

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.144600