Thermo-adaptive interfacial solar evaporation enhanced by dynamic water gating

蒸发 材料科学 潜热 化学工程 环境科学 物理 热力学 工程类
作者
Yi Wang,Weinan Zhao,Yebin Lee,Yuning Li,Zuankai Wang,Kam Chiu Tam
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:15 (1) 被引量:17
标识
DOI:10.1038/s41467-024-50279-z
摘要

Abstract Solar-driven evaporation offers a sustainable solution for water purification, but efficiency losses due to heat dissipation and fouling limit its scalability. Herein, we present a bilayer-structured solar evaporator ( SDWE ) with dynamic fluidic flow mechanism, designed to ensure a thin water supply and self-cleaning capability. The porous polydopamine ( PDA ) layer on a nickel skeleton provides photothermal functionality and water microchannels, while the thermo-responsive sporopollenin layer on the bottom acts as a switchable water gate. Using confocal laser microscopy and micro-CT, we demonstrate that this unique structure ensures a steady supply of thin water layers, enhancing evaporation by minimizing latent heat at high temperatures. Additionally, the system initiates a self-cleaning process through bulk water convection when temperature drops due to salt accumulation, thus maintaining increased evaporation efficiency. Therefore, the optimized p-SDWE sample achieved a high evaporation rate of 3.58 kg m −2 h −1 using 93.9% solar energy from 1 sun irradiation, and produces 18–22 liters of purified water per square meter of SDWE per day from brine water. This dynamic water transport mechanism surpasses traditional day-night cycles, offering inherent thermal adaptability for continuous, high-efficiency evaporation.
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