云南大学万艳芬、杨鹏团队在光热材料研究领域取得新进展

发布时间:2020-01-03 21:38:00

在云南省基础研究计划项目(项目号: 2017FB080、2018FB090)支持下,云南省微纳材料与技术重点实验室万艳芬、杨鹏团队获得国家自然科学基金(批准号:51871196、51771170)资助,利用化学方法将贵金属、半导体和碳基材料复合,得到Au@Bi2MoO6-CDs三元光热材料。特别是Au纳米锥的加入,电子由Bi2MoO6转移到Au锥的表面,极大地增强了材料的光热性能。研究成果以“High-absorption solar steam device comprising Au@Bi2MoO6-CDs: extraordinary desalination and electricity generation”(具有超高海水淡化和发电性能的Au@Bi2MoO6-CDs基太阳能蒸汽器件)为题,于2019年11月21日在国际知名期刊Nano Energy(《纳米能源》,影响因子15.548)上发表。同时,该工作受到了国家自然科学基金委、全国光热行业专业机构等的关注和报道。论文链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2019.104298

水是生命之源,是难以替代的资源。随着社会的发展和需要,淡水资源在国家发展中的战略地位越来越重要。目前,能源的消耗主要以煤、石油和天然气为主,由此带来的化石能源枯竭和使用化石燃料造成的环境污染困扰着人类。为了缓解淡水资源的短缺和能源危机,人们对利用“蓝色能源”生产淡水和发电给予了极大的关注。目前,科研工作者对光热材料的研究已经取得了重大的进展,但单组分材料由于其有限的光热转换效率,还不能满足实际需要。因此,通过更好的设计和调控,制备出具有更高光热转换效率的复合材料是研究的重点。

受珊瑚结构高吸光性能的启发,万艳芬、杨鹏等人设计并制备了一种新型的复合材料,包括具有等离子体效应的Au纳米锥、Bi2MoO6半导体和生物质碳点(CDs)三种组分。首次合成珊瑚状的Au@Bi2MoO6-CDs异质结构(如图),实现在3D的Bi2MoO6内部包裹Au纳米锥,并在Bi2MoO6外部吸附大量的碳点。与纯Au纳米锥、Bi2MoO6CDs相比,该三元复合材料实现了有效的电荷转移,有利于光生电子-空穴对的形成,提高了材料的光热转换效率。同时,材料表面的孔洞结构为太阳光的收集提供了众多的位点,通过孔洞对光的多级反射实现了70%的光吸收率。该研究对复合材料进行了光热性能测试,发现Au@ Bi2MoO6-CDs复合材料具有超高的光热性能(在一个太阳光下的光热转换效率为97.1%,水蒸发率为1.69 kg m-2 h-1)。此外,将复合材料沉积在商用的温差发电片上,制成了太阳能温差发电器件。结果显示,该器件具有增强的热电性能,其输出功率高达97.4 µw cm-2。该研究为高效光热转换材料的研究提供了重要的实验依据,同时为海水淡化和新能源器件与系统的研发带来新的思路。

基于Au@Bi2MoO6-CDs复合材料的协同光热水蒸发过程示意图

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