实现高效光热界面蒸发需要协同集成热管理、水传输动力学和光捕获这三个关键要素，而这些要素往往难以协调。近日，化学与化工学院黄文欢教授课题组与合作者在光热转换材料领域取得重要进展。团队通过一种绿色、简便的方法，成功设计并制备出一种具有超低金属含量的高熵单原子光热材料。该材料具备可调控的分层纳米/微/宏观多孔结构，显著提升了光吸收效率。将高熵单原子与聚合物体系结合，采用化学发泡交联技术构建出稳定的三维多孔网络结构，并通过自组装策略进一步调控形貌，形成独特的锥形阵列结构。该结构可有效增强光在材料表面的多次反射与捕获，大幅提高太阳光的利用率。实验结果表明，所制备的光热蒸发器在标准太阳光照（1 kW m-2）下展现出优异的光热水蒸发性能，同时具备出色的光吸收能力与能量转换效率，为高效太阳能驱动海水淡化、污水处理等可持续能源应用提供了全新的材料设计思路。研究成果发表于学术期刊Advanced Materials，题为“High-Entropy Single-Atom Evaporator: Collaborative Omnibearing Light Trapping Stereo Structures for Efficient Water Transport Dynamics”。
文章亮点
1. 通过绿色便捷的工艺设计了一种金属含量为1.77 wt%的高熵单原子金属掺杂多孔碳（HESA）作为新型光热材料，具有可调的纳米/微/大孔结构和优异的光热转化率。
2. 以3.0 wt%的HESA作为蒸发器，在不同的聚合物基质中均表现出优异的水分蒸发性能（2.2 kg m-2 h-1），证明了其巨大的应用潜力。蒸发器中计算出的金属痕量为0.53 wt‰，是报道的最高金属原子利用率。
3. 进一步设计聚合物蒸发器阵列结构，提高蒸汽逸散效率和光利用率，水蒸发性能达到2.86 kg m-2 h-1。全面探索了水分子在分级纳米/微/大孔中的输运动力学以及蒸发器中的光热转化机理。
图1：高熵单原子光热材料的设计思路
图2：高熵单原子表征及光热性能增强机制
图3：界面蒸发器水传输调控及性能表征
图4：界面蒸发器内部机理及表征
图5：三维锥形阵列设计及太阳能蒸发性能测试
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202512645
（核稿：黄文欢 编辑：赵诚）
校友
教工
学生