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Recent advances in carbon‐ased materials for solar‐driven interfacial photothermal conversion water evaporation: Assemblies, structures, applications, and prospective
Yanmin Li, Yanying Shi, Haiwen Wang, Tiefeng Liu, Xiuwen Zheng, Shanmin Gao*, Jun Lu*
Carbon Energy
DOI:10.1002/cey2.331
研究背景
淡水资源缺乏和能源危机是现代社会面临的全球性挑战,发展清洁高效的能源转换和储存技术是解决这两大问题的关键。太阳能光热转换水蒸发技术是以绿色环保的太阳能为能源,通过构筑水蒸发器件来最大化利用太阳能,以实现高效的水蒸发过程,并且可以通过将海水脱盐淡化、将废水进行处理来获得纯净水。
在太阳能光热转换水蒸发系统中,太阳能被光热转换材料吸收,然后转化为热能,并用于加热液态水以产生蒸汽。其中界面太阳能光热转换水蒸发是指将光热转换材料置于空气-水界面处,光热材料吸收太阳光并将其转化为热,把热量固定在界面处,进而仅加热顶部薄层水以产生水蒸汽,这种方式能够减少热量向水体中的传输,有效降低热量损失,从而提高太阳光利用率。界面太阳能水蒸发器件应满足以下条件:(1) 具有能够吸收全光谱波段太阳光的光热转换材料;(2) 具有隔热功能,能够将热量集中在界面处,减少向水体中的散失,提高热量的利用率;(3) 能够提供充足的水传输通道,以保证在水蒸发过程中水能源源不断地及时补充到界面处。
主要内容
在常用的光热转换材料中,碳基材料是最重要的一类,本文综述了近年来碳基材料在光热转换水蒸发领域的应用。从水蒸发过程的基本原理出发,对碳基光热转换材料进行了详细的分类与描述,包括碳纳米管、石墨烯、炭黑、聚合物基碳材料及其采用具有等离子体效应的金属纳米颗粒修饰、半导体纳米颗粒修饰的碳基复合材料在光热转换方面的研究现状。
在界面太阳能光热转换水蒸发器件工作过程中,热量仍然会通过热对流、热辐射和热传导的方式散失,从而降低光热转换效率。如何降低热损失,也是光热转换水蒸发过程中必须充分考虑的因素。本文从维度上对光热转换水蒸发的器件进行了分类与讨论,包括每一类器件的优点和不足,以及改进的方案。最后总结了太阳能光热转换在海水淡化、污水处理、同步热发电等领域的应用。
本综述有望为制备和设计性能优良、环境友好的光热转换材料与器件提供有益的参考。
相关论文信息
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论文标题:
Recent advances in carbon‐ased materials for solar‐driven interfacial photothermal conversion water evaporation: Assemblies, structures, applications, and prospective
论文网址:
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/cey2.331
DOI:10.1002/cey2.331
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