本文為第一作者授權撰文推送，第一作者為潘琦（2023級碩士研究生），通訊作者為東華大學環(huán)境學院李方教授。

【成果掠影 & 研究背景】

面對全球水資源短缺問題，太陽能界面蒸發(fā)技術因其高效、低成本與環(huán)境友好等優(yōu)勢備受關注。然而，傳統系統中增強的光吸收往往導致殘余熱量積累與能量耗散，形成熱力學瓶頸。為此，東華大學研究團隊開發(fā)了一種閉環(huán)光-電熱織物系統，通過主動回收廢熱將其轉化為可用電能，進而反饋增強蒸發(fā)過程，顯著提升了整體能效。

該系統的核心是一種在碳布上生長的多級結構CoS?/MoS?復合材料。該結構具有高達96.4%的太陽光吸收率，在一太陽光照下，其基礎蒸發(fā)速率可達3.10 kg m?2 h?1。通過集成熱電發(fā)電機回收廢熱并反饋用于焦耳加熱，蒸發(fā)速率進一步提升至3.81 kg m?2 h?1，增強了22.9%。這項工作為高效太陽能蒸發(fā)提供了一種將廢熱回收與結構設計相結合的新范式。

【創(chuàng)新點 & 圖文摘要】

創(chuàng)新點：

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

• 設計并成功制備了具有多級結構的CoS?/MoS?@碳布復合材料，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，構建了豐富的內部空隙，促進了光的多次內反射和散射。

• 該多級結構材料展現出優(yōu)異的光吸收性能（96.4%）和良好的電導率，為高效光熱轉換和隨后的電熱轉換奠定了基礎。

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

• 協同系統在多種鹽度（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，展示了實際應用的潛力。

• 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，導致了較低的蒸發(fā)焓（約2153-2159 kJ kg?1），這進一步降低了蒸發(fā)所需能量。

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

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的接觸角測試、蒸發(fā)焓的TGA測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)性能對比。

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

圖6：光-電熱協同蒸發(fā)示意圖、不同條件下的蒸發(fā)速率對比、水質凈化和循環(huán)穩(wěn)定性測試結果。

【總結 & 原文鏈接】

本研究成功報道了一種用于高效蒸發(fā)并主動回收廢熱驅動熱電效應的系統。該系統通過精心設計的多級結構材料實現了高達96.4%的光吸收，并將傳統上耗散的廢熱有效地轉化為高品位電能。創(chuàng)新的閉環(huán)設計將此電能實時反饋用于焦耳加熱，在單一太陽光照射下實現了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。這項工作不僅闡明了一種有效的能量協同利用策略，也為開發(fā)下一代高效、可持續(xù)的太陽能驅動水處理技術提供了重要的材料與系統設計指導。

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

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