Nature‐Inspired Structure‐Engineered TiN/TiO2 Nanotubes Array Toward Solar Desalination Synergy with Photothermal‐Enhanced Degradation and Thermoelectric Generation

材料科学 纳米棒 光热治疗 纳米技术 热电效应 海水淡化 纳米结构 蒸发 化学工程 光电子学 冶金 热力学 物理 生物 工程类 遗传学
作者
Yuping Du,Peng Liu,He Zhang,Lie Zou,Kuan Deng,Xiaoke Li,Wen Tian,Junyi Ji
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:34 (10) 被引量:21
标识
DOI:10.1002/adfm.202309830
摘要

Abstract Solar‐driven interfacial evaporation systems are considered as promising technology to alleviate the water scarcity crisis, yet lack of innovative evaporators obstructs further improvement of energy utilization efficiency. Herein, inspired by mangrove, the structure‐engineered design is utilized to synthesis multi‐level reflection TiN/TiO 2 @carbon cloth (CC) nanotubes array. The hollowed TiO 2 nanorods can promote expeditious water transport, while the TiN/TiO 2 array can act as localized surface plasmon resonance (LSPR)‐enhanced multi‐level reflection structure for solar energy harvesting. The enhanced light absorption capability of the bionic nanostructure is confirmed by finite‐difference time‐domain (FDTD) simulations. Therefore, the TiN/TiO 2 @CC‐3 exhibits high evaporation rate of 2.02 kg m −2 h −1 under 1 solar illumination, which is comparable or better than most of fabric‐based evaporators. When applied in wide acid–base (pH 1–13) and salinity range (8–100 ‰) over 15 days, the TiN/TiO 2 @CC‐3 displays outstanding durability. Furthermore, to expand application scope of the elaborate nanostructure, photothermal‐enhanced photocatalysis and thermoelectricity generation applications are evaluated, while these new functionalities are integrated into solar‐driven desalination system. The outdoor device exhibits daily water yield of 10.89 kg m −2 , synergy with maximum 200.7 mV output voltage and high dye degradation efficiency, demonstrating flexible applications in multi‐functional interfacial evaporation systems according to various requirements.
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