近年來(lái)，材料學(xué)界在光熱材料的研究中不斷取得新進(jìn)展，但單組分材料有限的光熱轉換效率，還遠不能滿(mǎn)足實(shí)際需要。記者7日從云南大學(xué)和云南省科技廳了解到，云南省微納材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗室近期利用化學(xué)方法，將貴金屬、半導體和碳基材料復合，得到一種新的具有超高海水淡化和發(fā)電性能的復合光熱材料。
基于三元復合材料的協(xié)同光熱水蒸發(fā)過(guò)程示意圖。(圖片來(lái)源：Nano Energy官網(wǎng))
目前，全世界能源的消耗主要以煤、石油和天然氣為主，由此帶來(lái)的化石能源枯竭和使用化石燃料造成的環(huán)境污染，持續困擾著(zhù)人類(lèi)。同時(shí)，為緩解淡水資源的短缺和能源危機，人們對海水淡化和發(fā)電給予了極大的關(guān)注。因此，通過(guò)更好的設計和調控，制備出具有更高光熱轉換效率的復合材料是研究的熱點(diǎn)。
在云南省基礎研究計劃項目和國家自然科學(xué)基金支持下，云南大學(xué)萬(wàn)艷芬、楊鵬等人受珊瑚結構高吸光性能的啟發(fā)，設計并制備了一種新型的復合材料，包括具有等離子體效應的金(Au)納米錐、鉬酸鉍(Bi2MoO6)半導體和生物質(zhì)碳點(diǎn)(CDs)三種組分，首次合成珊瑚狀的Au@Bi2MoO6-CDs異質(zhì)結構，實(shí)現在3D的鉬酸鉍內部包裹金納米錐，并在鉬酸鉍外部吸附大量碳點(diǎn)。尤其是金納米錐的加入，電子由鉬酸鉍轉移到金錐表面，極大地增強了材料的光熱性能。研究成果發(fā)表在國際知名期刊《納米能源》(Nano Energy)上。
據介紹，這種三元復合材料實(shí)現了有效電荷轉移，有利于“光生電子-空穴對”的形成，提高了材料光熱轉換效率。同時(shí)，材料表面的孔洞結構為收集太陽(yáng)光提供了眾多位點(diǎn)，通過(guò)孔洞對光的多級反射，實(shí)現了70%的光吸收率。經(jīng)光熱性能測試，發(fā)現其具有超高光熱性能，在一個(gè)太陽(yáng)光下的光熱轉換效率達到97.1%，水蒸發(fā)率達每平米小時(shí)1.69千克。
此外，將復合材料沉積在商用溫差發(fā)電片上，可制成太陽(yáng)能溫差發(fā)電器件。結果顯示，該器件具有增強的熱電性能，其輸出功率高達每平方厘米97.4 微瓦。這為高效光熱轉換材料的研究提供了重要實(shí)驗依據，同時(shí)也為海水淡化和新能源器件及系統研發(fā)帶來(lái)新思路。
