李政通 王成兵

(陜西科技大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，陜西省無機(jī)材料綠色制備與功能化重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，西安 710021)

0 引言

21世紀(jì)以來，隨著世界范圍內(nèi)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和工業(yè)化步伐的加快，能源匱乏和環(huán)境惡化成為全球面臨的重大挑戰(zhàn)，尤其是在一些經(jīng)濟(jì)落后地區(qū)，淡水資源極為缺乏[1]。近年來，應(yīng)用于界面蒸發(fā)的材料和器件憑借優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換效率以及熱利用效率使其在海水淡化、電力產(chǎn)生、二氧化碳捕獲、重金屬的回收、蒸汽殺菌、油水分離等領(lǐng)域引起了研究者的極大興趣[2-3]。相比傳統(tǒng)的海水淡化技術(shù)，界面蒸發(fā)技術(shù)唯一的驅(qū)動力是儲量豐富的太陽能。光熱材料在太陽能驅(qū)動下，實(shí)現(xiàn)高效的海水淡化從而獲得安全飲用水。其綠色、節(jié)能、環(huán)保、可持續(xù)等一系列優(yōu)點(diǎn)激發(fā)了研究人員對于界面海水淡化技術(shù)的深入探索[4-6]。

光熱轉(zhuǎn)換材料是界面蒸發(fā)技術(shù)的關(guān)鍵，也是太陽能驅(qū)動界面式海水淡化技術(shù)的核心。光熱材料不僅需要擁有優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換能力，還需要具備有效的水運(yùn)輸通道，可以將水輸送到材料內(nèi)部進(jìn)行蒸發(fā)。目前應(yīng)用于界面式蒸發(fā)的光熱轉(zhuǎn)換材料包括等離激元材料、半導(dǎo)體材料、金屬氧化物材料、碳基材料、聚合物材料等[7]，其中金屬基材料(包括等離激元金屬和金屬氧化物)在微納尺度的光學(xué)調(diào)控展示出巨大的優(yōu)勢。我們曾對這方面的工作做過詳細(xì)的總結(jié)，充分說明了金屬基材料應(yīng)用于海水淡化方面的優(yōu)勢[8]。例如，南京大學(xué)的朱嘉團(tuán)隊(duì)[5,8-10]將不同的等離激元金屬(包括Au NPs，Ag NPs，Al NPs)沉積在陽極氧化鋁模板上，制備出了高效率的光熱轉(zhuǎn)換器件。此外，胡良兵團(tuán)隊(duì)、陳剛團(tuán)隊(duì)、鄧濤團(tuán)隊(duì)在金屬基光熱轉(zhuǎn)換器件的制備及應(yīng)用方面也做出了巨大的貢獻(xiàn)[1,11-18]。這一系列研究充分說明在光學(xué)和熱學(xué)具有良好調(diào)節(jié)性的金屬基光熱轉(zhuǎn)換材料具備較高的研究價值。然而金屬基光熱材料研究角度比較單一，如光熱材料通過化學(xué)方法直接形成“凹”形的光捕獲結(jié)構(gòu)，或者摻雜等離激元金屬納米粒子從而提升光熱轉(zhuǎn)換能力等。目前，金屬基光熱材料研究缺少多維度(即納米線，納米片以及宏觀泡沫復(fù)合)的材料設(shè)計(jì)以及光陷阱(即凹形結(jié)構(gòu))深度不同的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)探索。

基于上述分析，本研究首先通過原位化學(xué)反應(yīng)[19-21]在泡沫銅(Cu foam,簡稱CF)表面原位生成絲線狀的氫氧化銅，再經(jīng)過熱處理，表面的Cu(OH)2脫水形成花瓣?duì)畹腃uO。進(jìn)一步，通過蒸鍍將Ag NPs沉積在復(fù)合金屬泡沫上[5]，利用Ag NPs等離激元共振效應(yīng)(自由電子的集體振蕩與太陽光電磁波之間的耦合)，復(fù)合金屬泡沫對太陽光的吸收進(jìn)一步的增強(qiáng)，形成了多維度的光熱材料。在界面蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)中，銀/氧化銅復(fù)合光熱材料(Ag/CuO@CF)作光吸收材料，三聚氰胺泡沫作為支撐材料，兼具低的熱傳導(dǎo)率(有效降低熱傳導(dǎo)的損失)和高孔隙率特點(diǎn)(毛細(xì)作用運(yùn)輸水)，實(shí)現(xiàn)了在模擬太陽光(1 kW·m-2)輻射下高效的海水淡化。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 氧化銅的制備

1.1.1 泡沫銅的前處理

選用厚度分別為1.5 mm(記為CF1.5)、1.0 mm(記為CF1)的泡沫銅(直徑d=22 mm)作為前驅(qū)體，將泡沫銅置于3%(w/w)HCl溶液中超聲(功率70 W)清洗2 min，然后將泡沫銅分別在無水乙醇和去離子水中超聲清洗5 min。通過不同溶液超聲清洗，能夠有效除去泡沫銅表面的氧化物/氫氧化物、油脂等雜質(zhì)，避免對后續(xù)實(shí)驗(yàn)和測試結(jié)果造成影響(圖1(a))。

圖1 泡沫銅的不同處理階段的光學(xué)照片F(xiàn)ig.1 Optical pictures of different treatment stages of Cu foam

1.1.2 制備Cu(OH)2薄膜

分別配制1.0 mol·L-1NaOH溶液25 mL和0.05 mol·L-1(Na)2S2O8溶液25 mL，然后將2種溶液均勻混合。隨后將處理過的泡沫銅垂直浸泡在混合溶液中(確保泡沫銅正反面均勻反應(yīng))，室溫下靜置反應(yīng)5 h。然后將泡沫銅取出，其表面呈現(xiàn)藍(lán)色(圖1(b))。

1.1.3 氧化銅薄膜的制備

將上述步驟獲得的樣品在180℃下煅燒2 h，后隨爐緩慢冷卻至室溫，泡沫銅表面的Cu(OH)2分解成CuO，表面顏色由藍(lán)色變成黑色(圖1(c))。

1.2 銀納米顆粒的沉積

沉積Ag NPs實(shí)驗(yàn)步驟，根據(jù)已有的研究[9]，適當(dāng)修改。利用真空蒸鍍設(shè)備在已制備得的CuO@CF樣品表面沉積Ag NPs，設(shè)定參數(shù)如下：電壓為0.107 V，電流為142 A，厚度為4.8 nm。

1.3 表征儀器及測試條件

Ag/CuO@CF晶體結(jié)構(gòu)由X射線衍射儀(Rigaku D/max2400/PC)測試，工作電壓40 kV，電流40 mA，輻射源 CuKα射線(λ=0.154 18 nm)，測試范圍 2θ=30°～80°。Ag/CuO@CF等樣品表面形貌由掃描電子顯微鏡(FEI Verios 460)來觀察和分析，以鎢燈絲作為電子束發(fā)射裝置，加速電壓是10、15以及20 kV。樣品表面元素成分由X射線光電子能譜(AXIS SUPPER)檢測，射線源為A1Kα射線源，運(yùn)行最大功率600 W，分辨率不大于0.45 eV，離子源為Ar。樣品的反射率由紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)(Cary 5000)測試得到，波長范圍200～2 500 nm，低狹縫。

1.4 海水淡化實(shí)驗(yàn)

海水淡化實(shí)驗(yàn)使用自行搭建的蒸發(fā)測試平臺。該平臺包括環(huán)境條件調(diào)節(jié)系統(tǒng)、光學(xué)模擬系統(tǒng)和質(zhì)量變化測試系統(tǒng)，如圖2所示。

圖2 包括環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、光學(xué)模擬測試系統(tǒng)、質(zhì)量測試系統(tǒng)的海水淡化實(shí)驗(yàn)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)裝置模型Fig.2 Model of experimental device in desalination laboratory including environmental monitoring system,optical simulation system and quality test system

光學(xué)模擬系統(tǒng)是利用氙燈(CEL-HXF300)作模擬太陽光設(shè)備，模擬太陽光強(qiáng)度由光功率密度計(jì)(CEL-NP2000)測量(多點(diǎn)取樣均值法)[2]。通過配置濾光片(CEL-AM1.5)、(CEL-AB50)協(xié)同調(diào)節(jié)實(shí)驗(yàn)所需的太陽光光譜、強(qiáng)度，然后通過調(diào)整工作電流和吸收體到氙燈燈頭直線距離來精準(zhǔn)調(diào)節(jié)所需模擬太陽光的強(qiáng)度。環(huán)境條件調(diào)節(jié)系統(tǒng)是通過空調(diào)，除濕機(jī)，測風(fēng)輪等設(shè)備，檢測環(huán)境的溫度，濕度和風(fēng)速的變化。質(zhì)量變化測試系統(tǒng)則測量模擬海水(3.5%(w/w)NaCl)和光熱材料在模擬太陽光輻照下的質(zhì)量變化。將承載樣品的燒杯放在精度為0.000 1 g的電子天平(AR224CN)上，數(shù)據(jù)變化通過R232數(shù)據(jù)線傳送并記錄到筆記本電腦上(圖2)。

同時，如圖3所示，準(zhǔn)備直徑與樣品直徑相同的三聚氰胺泡沫，三聚氰胺泡沫直徑略大于容器內(nèi)徑，因此可以支撐在容器頂部。從上到下依次是復(fù)合金屬泡沫、三聚氰胺泡沫、模擬海水，其中金屬泡沫和三聚氰胺泡沫構(gòu)成雙層界面蒸發(fā)器件[1]。三聚氰胺泡沫主要有2個功能：(1)蒸發(fā)器件依賴于其親水性和多孔特性，從而通過毛細(xì)作用力將整體水運(yùn)輸?shù)秸舭l(fā)界面，形成界面蒸發(fā)。(2)干燥的三聚氰胺泡沫具有低的熱傳導(dǎo)性，可以減少太陽光轉(zhuǎn)換成熱能通過熱傳導(dǎo)的散失，形成局域化加熱，提高熱能的利用。頂層的復(fù)合泡沫吸收體在蒸發(fā)界面除了有效吸收太陽光轉(zhuǎn)換成熱能以外，還為蒸汽溢出提供豐富通道，避免蒸汽原位冷卻。在室溫25℃，濕度30%條件下進(jìn)行蒸發(fā)測試實(shí)驗(yàn)。不同的樣品依靠三聚氰胺泡沫漂浮在氣液界面，在光熱蒸發(fā)過程中，海水的質(zhì)量通過電子天平實(shí)時測量。計(jì)算蒸發(fā)速率和效率是取模擬海水質(zhì)量減少量隨時間變化穩(wěn)定條件下數(shù)值[2]。

圖3 界面式海水淡化系統(tǒng)中典型雙層蒸發(fā)結(jié)構(gòu)示意圖Fig.3 Schematic diagram of typical two-layer evaporation structure in interface desalination system

2 結(jié)果與討論

2.1 樣品形貌分析

提高金屬基光熱轉(zhuǎn)換材料光吸收能力可通過組裝或者刻蝕材料表面形成光陷阱結(jié)構(gòu)，即三維立體結(jié)構(gòu)通過增加反射和折射的次數(shù)來提高光吸收率；或通過摻雜金屬納米顆粒形成等離激元共振從而提高吸收體的光學(xué)吸收能力等[8]。泡沫銅經(jīng)過式(1)的化學(xué)反應(yīng)在原有孔洞表面上形成一層絲線狀的氫氧化銅。

值得注意的是銅泡沫在反應(yīng)時應(yīng)該用最小的截面和燒杯接觸，從而讓泡沫銅各部分反應(yīng)均勻。然后將所獲得的Cu(OH)2@CF過夜干燥，繼而在180℃的空氣氛圍下煅燒2 h，形成花瓣?duì)畹难趸~，這一過程發(fā)生反應(yīng)(2)。

圖4 CuO@CF在不同尺度下的掃描電鏡圖片F(xiàn)ig.4 Scanning electron microscopy images of CuO@CF at different scales

圖4展示了泡沫金屬不同倍數(shù)的掃描電鏡照片。泡沫銅表面多尺度的立體結(jié)構(gòu)(包括毫米級孔洞結(jié)構(gòu)和微納級別的纖維和層片)可以將入射的太陽光有效地捕獲，顯著增強(qiáng)泡沫銅對太陽光的吸收能力。從圖中可以清楚地看到，在薄膜表面生長了致密的絲線狀納米纖維，同時表面還附著致密的氧化銅納米片。許多分層花瓣?duì)罱Y(jié)構(gòu)的納米片緊密鑲嵌組成了類似花狀球體的形態(tài)，花形結(jié)構(gòu)的直徑約5 μm。和平面結(jié)構(gòu)相比，極大地增加了光捕獲位點(diǎn)，進(jìn)一步增大了有效的蒸發(fā)面積。此外，對于界面式海水淡化系統(tǒng)，孔洞結(jié)構(gòu)還有2個重要且獨(dú)特的作用，其一，可有效釋放蒸發(fā)過程中產(chǎn)生的蒸汽，避免其原位冷卻，提高蒸發(fā)速率。其二，在黑暗環(huán)境中，蒸發(fā)過程中表面產(chǎn)生的鹽晶體通過表面尺寸較大孔隙回流到整體水溶液中，從而減少對器件的腐蝕。太陽光吸收體可以避免鹽晶體長期沉積從而提高了其實(shí)際使用壽命。

界面蒸發(fā)過程中，獲得較高蒸發(fā)效率除了憑借材料良好的光熱轉(zhuǎn)換能力，水運(yùn)輸能力也是至關(guān)重要。蒸發(fā)過程中，將吸收體置于多孔的三聚氰胺泡沫上形成雙層結(jié)構(gòu)蒸發(fā)器件(圖3)。這種雙層結(jié)構(gòu)通過吸收層和支撐層直接接觸形成理想的無障礙水運(yùn)輸通道，從而保持復(fù)合泡沫光熱轉(zhuǎn)換薄膜產(chǎn)生水蒸汽的同時迅速將海水補(bǔ)充到蒸發(fā)界面。另一方面，干燥的三聚氰胺泡沫具備較低的熱傳導(dǎo)率，可以有效降低熱傳導(dǎo)損失，避免熱量大幅度散失到水中，形成了有效的局部化加熱(圖7b)。

2.2 樣品的成分分析

通過X射線光電子能譜(XPS)檢測處理后金屬泡沫的成分，如圖5(a)所示。CuO@CF樣品的XPS測試結(jié)果顯示，在532、931 eV處檢測到O1s、Cu2p峰。XPS譜圖表明Cu和O兩種元素存在。進(jìn)一步對該樣品進(jìn)行紅外特征峰的分析，得到了與XPS光譜分析相一致的結(jié)果。如圖5(b)所示，CuO@CF復(fù)合光熱材料在473 cm-1處，有Cu-O的紅外特征吸收峰存在，進(jìn)一步說明了CuO薄膜的生成。沉積Ag NPs后，由于形成納米金屬顆粒層較薄，故通過X射線衍射(XRD)檢測沉積Ag NPs前后樣品晶體結(jié)構(gòu)變化。測試結(jié)果如圖5c和5d所示，結(jié)合jade軟件的分析，得到如下結(jié)論：在2θ=35.6°、38.7°，出現(xiàn)明顯的CuO的衍射峰(PDF No.03-0084)；在2θ=43.6°、50.5°，出現(xiàn)明顯的Cu的衍射峰(PDF No.03-1018)。這一分析進(jìn)一步證實(shí)了泡沫銅襯底上的氫氧化銅在180°C煅燒后生成了CuO。同時，鍍Ag NPs后的樣品Ag/CuO@CF的衍射圖也進(jìn)一步證實(shí)了Ag元素的存在，如圖5(d)所示，在2θ=38.3°出現(xiàn)明顯的AgO的衍射峰(PDF No.22-0472)。

圖5 CuO@CF的X射線光電子能譜(a)、傅里葉紅外光譜(b)和XRD圖(c);Ag/CuO@CF的XRD圖(d)Fig.5 X-ray photoelectron spectroscopy(a),Fourier infrared spectroscopy(b)and XRD pattern(c)of CuO@CF;XRD pattern of Ag/CuO@CF(d)

2.3 光熱轉(zhuǎn)換性能的分析

搭建了太陽能蒸發(fā)測試平臺對Ag/CuO@CF等樣品進(jìn)行界面光熱蒸發(fā)性能的測定，采集在光強(qiáng)為1 kW·m-2時模擬海水的質(zhì)量變化量，通過計(jì)算30 min后蒸發(fā)穩(wěn)定時質(zhì)量變化數(shù)據(jù)，得出樣品的凈蒸發(fā)速率如表1所示。

主要進(jìn)行了2組對照實(shí)驗(yàn)，第一組以基底泡沫銅厚度作為實(shí)驗(yàn)變量，不同厚度形成不同深度光陷阱，考察光陷阱深度對光吸收率增強(qiáng)的測試，其中包括1.5 mm泡沫銅(CF1.5)和1 mm泡沫銅(CF1)。第二組以是否摻雜Ag NPs作為實(shí)驗(yàn)變量，考察金屬摻雜對于光吸收率增強(qiáng)的測試，其中摻雜Ag NPs前后樣品分別記為CuO@CF和Ag/CuO@CF。以下通過蒸發(fā)速率測試實(shí)驗(yàn)和光學(xué)反射率測試2個角度詳細(xì)論述不同厚度的泡沫銅以及是否摻雜Ag NPs對于材料光學(xué)吸收性能的影響。

表1 一倍太陽(1 kW·m-2)輻射下,不同樣品的凈蒸發(fā)速率Table 1 Net evaporation rate of various samples under one sun radiation(1 kW·m-2)

由表1可知CuO@CF1.5凈蒸發(fā)速率高于CuO@CF1(提高比率約 4.5%)，Ag/CuO@CF1.5的凈蒸發(fā)速率也高于Ag/CuO@CF1(提高比率約19%)。在溫度、濕度、風(fēng)速等其它實(shí)驗(yàn)條件完全相同下，1.5 mm泡沫銅為基底所制備樣品蒸發(fā)速率大于1 mm的泡沫銅制備的樣品，由此可知，光線照射在多孔樣品表面，由于樣品厚度增加，光線在樣品內(nèi)反射和折射次數(shù)增加，從而增加了該樣品的光吸收能力。進(jìn)一步，沉積Ag NPs后的樣品，其蒸發(fā)效率和沉積Ag NPs前相比較，1 mm泡沫銅為基底制備的樣品(Ag/CuO@CF1)和1.5 mm泡沫銅為基底制備的樣品(Ag/CuO@CF1.5)的凈蒸發(fā)速率分別提高16%和32%。在其它條件不變情況下，主要是材料光吸率增加，意味著更多太陽能轉(zhuǎn)換成熱能，從而給界面水的蒸發(fā)提供了更多能量。

通過紫外-可見-近紅外分光光度計(jì)對不同樣品進(jìn)行光學(xué)反射率檢測。在選定的太陽光譜范圍內(nèi)(200～2 500 nm)，測量不同樣品的反射曲線(圖6(a))，然后通過公式(3)計(jì)算得出對應(yīng)樣品的吸收率。CuO@CF1的光吸收率為83.42%，低于CuO@CF1.5吸收率(84.71%)。沉積Ag NPs后樣品Ag/CuO@CF1和Ag/CuO@CF1.5在太陽光全譜范圍內(nèi)光吸收率分別達(dá)85.91%和88.64%。而Ag/CuO@CF1.5在可見光部分(400～760 nm)的吸收率高達(dá)95.87%。由此可知，復(fù)合泡沫的光吸收效率的增強(qiáng)除了黑色CuO薄膜陣列形貌影響外，Ag NPs憑借等離激元效應(yīng)對光吸收也起到了極大促進(jìn)作用。

其中λ是波長，R(λ)是樣品的反射光譜，Is(λ)是太陽能光譜AM 1.5(ISO標(biāo)準(zhǔn)9845-1(1992))。

為了更加直觀地說明樣品蒸發(fā)能力，通過公式(4)將光熱蒸發(fā)速率轉(zhuǎn)換成光-汽轉(zhuǎn)換效率(光熱蒸發(fā)效率)進(jìn)行比較，結(jié)果如圖6(b)所示。

其中，m˙為凈蒸發(fā)速率(或蒸發(fā)質(zhì)量變化率)，單位為kg·m-2·h-1，表示從模擬太陽光蒸發(fā)速率中減去在暗場環(huán)境下蒸發(fā)速率后，得到的凈太陽能驅(qū)動的蒸發(fā)速率，暗場代表幾乎沒有光照的黑暗環(huán)境；ΔH為水的汽液變化總焓變，為2 575 kJ·kg-1；Copt為光學(xué)聚焦倍數(shù)；qi為標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)度(1 kW·m-2)。

在一倍模擬太陽光(1 kW·m-2)照射下，CuO@CF1、CuO@CF1.5、Ag/CuO@CF1和Ag/CuO@CF1.5在蒸發(fā)穩(wěn)定階段的光熱蒸發(fā)效率分別為56.79%、59.36%、66.11%和78.38%。Ag/CuO@CF1.5的光-汽轉(zhuǎn)換效率最高，與傳統(tǒng)太陽能海水淡化系統(tǒng)相比有了極大提高，對太陽光的利用效率極大改善。

以上結(jié)果表明，不同樣品光吸收率和蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)所測得對應(yīng)樣品蒸發(fā)速率之間都是呈線性正相關(guān)的(圖 6)。

當(dāng)然蒸發(fā)效率提升不僅僅取決于復(fù)合泡沫吸收率的提高，泡沫金屬底部的三聚氰胺泡沫也發(fā)揮了重要的作用。如圖7所示，三聚氰胺與水的接觸角為0°，顯示超親水性能，且水運(yùn)輸速度優(yōu)于泡沫銅，僅100 ms后水滴迅速浸入泡沫中。此外，銅作為基底材料，其紅外發(fā)射率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于碳材料，由圖7(b)Top的紅外相機(jī)照片可知，蒸發(fā)實(shí)驗(yàn)10 min后，吸收體表面溫度由30.4℃升至31.9℃，表明復(fù)合吸收體在蒸發(fā)過程中保持較低的熱輻射損失。通過計(jì)算得出一倍太陽光輻照下蒸發(fā)器件的熱損失為10.26%(其中，表面輻射3.0%，空氣對流3.4%，傳導(dǎo)損失2.0%，容器寄存熱損失1.86%)

圖6 (a)不同樣品的200～2 500 nm范圍的反射光譜;(b)不同樣品的蒸發(fā)效率示意圖Fig.6 (a)Reflectance spectra between 200 and 2 500 nm of different samples;(b)Schematic diagram of evaporation efficiency for different samples

圖7 (a)泡沫銅和三聚氰胺泡沫接觸角測試實(shí)驗(yàn);(b)Ag/CuO@CF復(fù)合三聚氰胺泡沫的紅外相機(jī)照片(頂部和側(cè)面)Fig.7 (a)Contact angle test of Cu foam and melamine foam;(b)Infrared camera photographs(top and front)of Ag/CuO@CF with melamine foam sample under one sun radiation

綜上所述，Ag/CuO@CF光熱轉(zhuǎn)換材料是在蒸發(fā)器件的頂層作為吸收層，導(dǎo)熱系數(shù)低的三聚氰胺泡沫在蒸發(fā)器件的底層作為支撐層和絕熱層。蒸發(fā)器件在太陽光輻照下，光線照射到頂層樣品表面，部分光被樣品吸收轉(zhuǎn)換成熱能用來蒸發(fā)。與此同時，下層的三聚氰胺泡沫通過毛細(xì)作用力不斷將水從整體水溶液中運(yùn)輸?shù)焦鉄徂D(zhuǎn)換的界面，然后界面水通過局域化的加熱轉(zhuǎn)化成水蒸氣，水蒸氣通過泡沫金屬的表面孔洞溢出。為了進(jìn)一步證實(shí)太陽能蒸發(fā)過程中形成了局域化加熱，用紅外熱像儀記錄器件側(cè)面的溫度變化(圖7(b)Front)。由其側(cè)面視圖可知，在一倍太陽輻照下，蒸發(fā)器件經(jīng)過10 min的照射，仍有明顯的溫度分層。泡沫下面的整體水的溫度升高緩慢，表明三聚氰胺泡沫的低熱傳導(dǎo)性產(chǎn)生了熱局域現(xiàn)象，吸收層產(chǎn)生的熱量有較少能量散失到水中，從而有利于太陽能驅(qū)動海水蒸發(fā)。

3 結(jié)論

基于原位化學(xué)反應(yīng)、熱處理和真空蒸鍍Ag NPs，制備了一種基于泡沫銅的多尺度Ag/CuO復(fù)合光熱材料。結(jié)合新型的界面光熱轉(zhuǎn)換技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了高效的海水淡化。此外，探究了不同厚度樣品光陷阱效應(yīng)和摻雜貴金屬對于材料光吸收性能的增強(qiáng)效果。其中，Ag/CuO@CF1.5樣品在整個太陽光波長范圍內(nèi)(200～2 500 nm)吸收率可達(dá)到88%以上，其表面密集的花狀納米片與絲線狀的納米纖維組成的三維立體陣列結(jié)構(gòu)及Ag NPs的等離激元效應(yīng)對于其光吸收性能顯著增強(qiáng)。進(jìn)一步結(jié)合三聚氰胺泡沫組成典型的雙層界面蒸發(fā)器件，對其進(jìn)行了模擬海水淡化實(shí)驗(yàn)的測試。三聚氰胺泡沫可利用毛細(xì)管作用不斷將水運(yùn)輸?shù)焦鉄徂D(zhuǎn)換界面，并且其較低熱傳導(dǎo)性形成了局域化加熱[22]。Ag/CuO@CF1.5樣品結(jié)合雙層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在水輸送、熱損耗管理等方面具有巨大優(yōu)勢，在標(biāo)準(zhǔn)太陽光照照射下，可達(dá)到78.38%的光熱蒸發(fā)效率。

綜合而言，作為一種新型的能源利用方式，界面式太陽能蒸發(fā)不僅可用于海水淡化領(lǐng)域，還可以與電能產(chǎn)生、地下水抽濾、光催化等領(lǐng)域結(jié)合，進(jìn)一步擴(kuò)展其功能性[3,23-27]。