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  淡水短缺是社會發展面臨的一個日益嚴峻的挑戰。太陽光驅動蒸發是利用太陽能作為光源，它作為蒸發器將太陽能轉化為熱量，以產生蒸汽，是從海水和廢水中提取潔凈水的一種最有前途的技術。為了達到高的水蒸發率和太陽熱轉換效率，理想的材料應該具有廣泛的光吸收、低熱導率和有效的水運輸。而能量轉換通常是以多種形式進行的，如果能將界面產生的余熱再次利用可實現更高的能量利用率。

  近日，華中科技大學牛冉研究員/瞿金平院士團隊成功地制備了一種二氧化錳基柔性膜用于太陽光驅動的產水和產電結合（圖1），其中帶有氧空位缺陷的納米二氧化錳實現高效的吸光和光熱轉化（圖2），同時超親水纖維膜快速的水傳輸實現連續水蒸發。作為太陽能吸收體，MnO₂基纖維膜在1 kW m^-2太陽照射下的產汽率高達2.24 kg m^-2 h^-1 (圖3)，與熱電模塊組裝的產電裝置產電功率達到0.6 W m^-2（圖4）。在戶外實驗中，連續24 h的累計產水量達到5.5 kg m^-2，幾個熱電裝置串聯可以供一個小風扇旋轉或者點亮LED屏幕（圖5）。該工作有望解決邊遠地方飲用水和電缺乏的問題。相關工作以“Simultaneous Solar-driven Steam and Electricity Generation by Cost-effective, Easy-scale up MnO₂-based Flexible Membrane”發表在Energy & Environmental Materials（中科院1區，影響因子15.112）。

圖4 二氧化錳基太陽能蒸汽發生器的熱電轉化性能。MCx與熱電模塊組裝的雜化裝置在一個太陽光下可達到165 mV的電壓，且能在不同水質中長時間工作。 

  MCx太陽能下處理水能力。海水經過該太陽能水蒸發淡化系統，離子濃度(Na⁺、K⁺、Ca²⁺、Mg²⁺)顯著降低了4個數量級, 達到世界衛生飲用水標準。除此之外，MCx具有良好的抗鹽析和鹽溶解性能，可用于鹽水的凈化。以甲基橙為代表的污染物凈化后收集水的凈化效率可達99.9%，再次證明了基于MCx光熱發生器在廢水處理方面的潛力。

  論文第一作者為華中科技大學化學與化工學院2021級碩士研究生任佳欣，論文通訊作者為華中科技大學化學與化工學院牛冉研究員和龔江研究員，論文作者還包括瞿金平院士，以及2020級碩士研究生丁洋。該研究得到國家自然科學基金、國家重點研發項目以及華中科技大學人才引進啟動基金的資助。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/eem2.12376

作者簡介：

  牛冉，華中科技大學化學與化工學院研究員、博士生導師，主要研究領域為微納馬達和新能源材料。目前以第一或通訊作者在PRL、PNAS、Sci. Adv.、ACS Nano、Small、Energy Environ. Mater.、Chem. Eng. J.等具有重要影響力的國際刊物上發表SCI論文40余篇，主持承擔國家自然科學基金等國家和省部級科技項目多項，并獲得湖北省海外高層次人才計劃等多項榮譽獎勵。