Surface Patterning of Two-Dimensional Nanostructure-Embedded Photothermal Hydrogels for High-Yield Solar Steam Generation

蒸发器 光热治疗 纳米结构 材料科学 蒸发 海水淡化 纳米技术 汽化 化学工程 化学 热力学 热交换器 工程类 有机化学 物理 生物化学
作者
Yi Lu,Deqi Fan,Yida Wang,Haolan Xu,Chunhua Lu,Xiaofei Yang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:15 (6): 10366-10376 被引量:396
标识
DOI:10.1021/acsnano.1c02578
摘要

Improving evaporation rate is extremely important to promote the application of solar steam generation in clean water production through seawater desalination. However, the theoretical evaporation rate limit of a normal two-dimensional (2D) photothermal evaporator is only about 1.46 kg m-2 h-1. While 3D evaporators can break the limit, they require much more raw materials. In this work, an effective approach for achieving high-yield solar steam generation via the synergy of 2D nanostructure-embedded all-in-one hybrid hydrogel evaporator and surface patterning is reported. This improved surface-patterned evaporator is able to simultaneously lower the enthalpy of vaporization and induce the Marangoni effect near the evaporation surface, thus delivering a high evaporation rate of 3.62 kg m-2 h-1, which is more than twice the theoretical limit of the normal 2D photothermal evaporator. This hybrid hydrogel offers a cost-effective and energy-efficient pathway to mitigate clean water shortages.
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