Polypyrrole–Dopamine Nanofiber Light-Trapping Coating for Efficient Solar Vapor Generation

材料科学 涂层 聚吡咯 纳米纤维 吸收(声学) 光电子学 复合材料 蒸发 太阳能 化学工程 聚合物 聚合 工程类 物理 热力学 生物 生态学
作者
Xiaolong Ma,Xiaodong Jia,Hui Gao,Dongsheng Wen
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:13 (48): 57153-57162 被引量:40
标识
DOI:10.1021/acsami.1c17249
摘要

Solar vapor generation (SVG) typically uses a solar absorbing material at the water-air interface to convert solar energy into heat for evaporation. However, the intrinsic solar absorption of the material determines the upper limit of the solar energy capture. By designing a light-trapping surface structure with open pores and channels, we can break this limit and further improve the absorption by enabling multiple reflections within the surface. Polypyrrole (PPy) is emerging as a promising solar thermal material. In this work, we propose an ultrasonic spray coating method to obtain a nanofiber light-trapping coating by copolymerization with dopamine (DA), which can be directly synthesized at room temperature rapidly (30 min). Due to its excellent wettability, this coating can transport water and can be directly coated on the thermal insulating layer, not requiring an additional water transport layer. This nanoscale coating significantly improves solar absorption at different incident angles across the full solar spectrum, achieving the highest solar-to-thermal conversion efficiency of 95.8% at 1.385 kg·m-2·h-1 under 1 sun. When applied on salt water, this solar evaporator achieves self-cleaning in the absence of solar irradiation. Moreover, the surface structure can be further tuned into granular/plane-fibrous/plane-granular structures by using different oxidants or surfactants, and their formation mechanisms are also proposed. This PPy-DA nanofiber coating shows great potential for SVG and other applications based on a PPy material, especially for those requiring a certain surface morphology.
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