本文為第一作者授權(quán)撰文推送，第一作者為潘琦（2023級(jí)碩士研究生），通訊作者為東華大學(xué)環(huán)境學(xué)院李方教授。

【成果掠影 & 研究背景】

面對(duì)全球水資源短缺問題，太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)因其高效、低成本與環(huán)境友好等優(yōu)勢(shì)備受關(guān)注。然而，傳統(tǒng)系統(tǒng)中增強(qiáng)的光吸收往往導(dǎo)致殘余熱量積累與能量耗散，形成熱力學(xué)瓶頸。為此，東華大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種閉環(huán)光-電熱織物系統(tǒng)，通過主動(dòng)回收廢熱將其轉(zhuǎn)化為可用電能，進(jìn)而反饋增強(qiáng)蒸發(fā)過程，顯著提升了整體能效。

該系統(tǒng)的核心是一種在碳布上生長的多級(jí)結(jié)構(gòu)CoS?/MoS?復(fù)合材料。該結(jié)構(gòu)具有高達(dá)96.4%的太陽光吸收率，在一太陽光照下，其基礎(chǔ)蒸發(fā)速率可達(dá)3.10 kg m?2 h?1。通過集成熱電發(fā)電機(jī)回收廢熱并反饋用于焦耳加熱，蒸發(fā)速率進(jìn)一步提升至3.81 kg m?2 h?1，增強(qiáng)了22.9%。這項(xiàng)工作為高效太陽能蒸發(fā)提供了一種將廢熱回收與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相結(jié)合的新范式。

【創(chuàng)新點(diǎn) & 圖文摘要】

創(chuàng)新點(diǎn)：

• 提出了一種創(chuàng)新的閉環(huán)光-電熱協(xié)同蒸發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了廢熱到電能再到熱能的主動(dòng)回收與反饋利用，突破了傳統(tǒng)太陽能蒸發(fā)系統(tǒng)的能量利用瓶頸。

• 設(shè)計(jì)并成功制備了具有多級(jí)結(jié)構(gòu)的CoS?/MoS?@碳布復(fù)合材料，利用一維Co(OH)?納米線作為模板，原位形成CoS?并抑制二維MoS?納米片的自堆積，構(gòu)建了豐富的內(nèi)部空隙，促進(jìn)了光的多次內(nèi)反射和散射。

• 該多級(jí)結(jié)構(gòu)材料展現(xiàn)出優(yōu)異的光吸收性能（96.4%）和良好的電導(dǎo)率，為高效光熱轉(zhuǎn)換和隨后的電熱轉(zhuǎn)換奠定了基礎(chǔ)。

• 系統(tǒng)利用熱電發(fā)電機(jī)將蒸發(fā)過程中的廢熱溫差高效轉(zhuǎn)換為電能（例如，一太陽下開路電壓達(dá)322 mV，最大輸出功率密度4.50 W m?2），并將此電能實(shí)時(shí)反饋至蒸發(fā)器產(chǎn)生焦耳熱，形成能量利用的增強(qiáng)循環(huán)。

• 協(xié)同系統(tǒng)在多種鹽度（最高至15 wt%）的水中均保持穩(wěn)定的高蒸發(fā)性能，并具有良好的循環(huán)使用穩(wěn)定性，展示了實(shí)際應(yīng)用的潛力。

• 研究通過拉曼光譜和熱分析揭示了材料表面中間水比例增加，導(dǎo)致了較低的蒸發(fā)焓（約2153-2159 kJ kg?1），這進(jìn)一步降低了蒸發(fā)所需能量。

• 整個(gè)系統(tǒng)無需外部供電，僅利用太陽能和自身回收能量即可實(shí)現(xiàn)性能提升，為開發(fā)自持高效的水凈化與海水淡化系統(tǒng)提供了新思路。

摘要圖

圖1：CMCC材料制備流程示意圖及不同階段的SEM形貌圖。

圖2：CMCC材料的元素面分布圖、XPS譜圖（Co 2p， Mo 3d， S 2p）及XRD譜圖。

圖3：原始CC與CMCC的接觸角測(cè)試、蒸發(fā)焓的TGA測(cè)定曲線以及拉曼光譜分析。

圖4：CMCC的光吸收譜、干/濕狀態(tài)下不同材料的光熱升溫曲線及蒸發(fā)性能對(duì)比。

圖5：廢熱回收裝置示意圖、不同光強(qiáng)下的溫度與溫差、熱電轉(zhuǎn)換設(shè)備的輸出電壓電流及功率密度、材料的電化學(xué)和電熱性能。

圖6：光-電熱協(xié)同蒸發(fā)示意圖、不同條件下的蒸發(fā)速率對(duì)比、水質(zhì)凈化和循環(huán)穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果。

【總結(jié) & 原文鏈接】

本研究成功報(bào)道了一種用于高效蒸發(fā)并主動(dòng)回收廢熱驅(qū)動(dòng)熱電效應(yīng)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過精心設(shè)計(jì)的多級(jí)結(jié)構(gòu)材料實(shí)現(xiàn)了高達(dá)96.4%的光吸收，并將傳統(tǒng)上耗散的廢熱有效地轉(zhuǎn)化為高品位電能。創(chuàng)新的閉環(huán)設(shè)計(jì)將此電能實(shí)時(shí)反饋用于焦耳加熱，在單一太陽光照射下實(shí)現(xiàn)了3.81 kg m?2 h?1的高蒸發(fā)速率，相比純光熱模式提升22.9%，且在高鹽環(huán)境下仍保持穩(wěn)定性能。這項(xiàng)工作不僅闡明了一種有效的能量協(xié)同利用策略，也為開發(fā)下一代高效、可持續(xù)的太陽能驅(qū)動(dòng)水處理技術(shù)提供了重要的材料與系統(tǒng)設(shè)計(jì)指導(dǎo)。

原文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173134

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