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Biomimetic 3D Membranes with MXene Heterostructures for Superior Solar Steam Generation, Water Treatment, and Electricity Generation
Solar RRL ( IF 6.0 ) Pub Date : 2021-09-07 , DOI: 10.1002/solr.202100593 Chenyang Cai 1 , Yongqin Wang 1 , Zechang Wei 1 , Yu Fu 1
Solar RRL ( IF 6.0 ) Pub Date : 2021-09-07 , DOI: 10.1002/solr.202100593 Chenyang Cai 1 , Yongqin Wang 1 , Zechang Wei 1 , Yu Fu 1
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2D MXene materials have shown great potential in photothermal conversion, especially for solar steam generation. However, the obvious light losses at the liquid−solid interfaces still limit its broad applications, thereby resulting in a poor light absorption ability. To this end, a facile and general approach is designed for the construction of nanoflower MXene@MoS2 with excellent photothermal conversion ability via one-step hydrothermal process. Thanks to the multireflective and synergestic effects between MXene and MoS2, the hierarchical MXene@MoS2 heterostructure exhibits broadband light absorption and improved photothermal conversion capacity (69 °C after 10 min solar illumination). Furthermore, inspired by the water vapor process in multiple channels of trees, an ultrathin MXene@MoS2-based nanofibrous membrane is assembled via directional electrospinning technology. Compared with traditional irregular channels, the controllable and tree-inspired 3D structure shows competitive advantages in solar absorption and water transport. Thus, the as-prepared self-floating membrane presents durable hydrophobicity (contact angle [CA] = 125°) and a high evaporation rate of 1.39 kg/(m2h) (91% efficiency) under 1 sun, which is higher than reported. This 3D MXene-based device also shows promising electrical generation, solar-driven sewage, and desalination treatments (99% desalination efficiency). Such high-performance self-floating photothermal membranes with multifunctionalities might provide an effective strategy for solving the global problems of freshwater shortage.
中文翻译：
具有 MXene 异质结构的仿生 3D 膜，用于卓越的太阳能蒸汽产生、水处理和发电
2D MXene 材料在光热转换方面显示出巨大的潜力，尤其是在太阳能蒸汽发电方面。然而，液固界面处明显的光损失仍然限制了其广泛的应用，从而导致光吸收能力差。为此，设计了一种简便而通用的方法，用于通过一步水热工艺构建具有优异光热转换能力的纳米花 MXene@MoS 2。由于 MXene 和 MoS 2之间的多反射和协同效应，分层的 MXene@MoS 2异质结构表现出宽带光吸收和改善的光热转换能力（太阳照射 10 分钟后 69°C）。此外，受树木多通道中的水蒸气过程的启发，通过定向静电纺丝技术组装了一种超薄的基于MXene@MoS 2的纳米纤维膜。与传统的不规则通道相比，可控且受树木启发的3D结构在太阳能吸收和水传输方面显示出竞争优势。因此，所制备的自漂浮膜具有持久的疏水性（接触角 [CA] = 125°）和 1.39 kg/(m 2h)（91% 的效率）在 1 个太阳下，高于报告的水平。这种基于 3D MXene 的设备还显示出有前途的发电、太阳能驱动的污水和海水淡化处理（99% 的海水淡化效率）。这种具有多功能的高性能自漂浮光热膜可能为解决全球淡水短缺问题提供有效的策略。
更新日期：2021-11-04
中文翻译：
具有 MXene 异质结构的仿生 3D 膜，用于卓越的太阳能蒸汽产生、水处理和发电
2D MXene 材料在光热转换方面显示出巨大的潜力，尤其是在太阳能蒸汽发电方面。然而，液固界面处明显的光损失仍然限制了其广泛的应用，从而导致光吸收能力差。为此，设计了一种简便而通用的方法，用于通过一步水热工艺构建具有优异光热转换能力的纳米花 MXene@MoS 2。由于 MXene 和 MoS 2之间的多反射和协同效应，分层的 MXene@MoS 2异质结构表现出宽带光吸收和改善的光热转换能力（太阳照射 10 分钟后 69°C）。此外，受树木多通道中的水蒸气过程的启发，通过定向静电纺丝技术组装了一种超薄的基于MXene@MoS 2的纳米纤维膜。与传统的不规则通道相比，可控且受树木启发的3D结构在太阳能吸收和水传输方面显示出竞争优势。因此，所制备的自漂浮膜具有持久的疏水性（接触角 [CA] = 125°）和 1.39 kg/(m 2h)（91% 的效率）在 1 个太阳下，高于报告的水平。这种基于 3D MXene 的设备还显示出有前途的发电、太阳能驱动的污水和海水淡化处理（99% 的海水淡化效率）。这种具有多功能的高性能自漂浮光热膜可能为解决全球淡水短缺问题提供有效的策略。
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