随着全球人口的增长和工业快速发展，饮用水短缺已成为一项世界性难题[1]。为此，越来越多的国家开始关注海水资源，希望通过开发高效技术来从中获取安全的饮用水。目前主流的海水淡化技术主要包括多级闪蒸(MSF)、多效蒸馏(MED)以及基于先进膜分离的反渗透(RO)技术等，但这些方法普遍面临成本较高的挑战[2]。近年来，太阳能驱动的界面光热蒸发技术作为一种可持续的水资源解决方案，在海水淡化和污水处理等领域展现出广阔的应用前景[3-4]。
设计和构筑具备强光吸收能力的光热转换材料是实现高效太阳能界面蒸发的关键。目前已开发的材料包括碳基材料[5-7]、金属纳米颗粒[8-11]、半导体[12-15]、高分子聚合物[16-20]等。作为一种半导体，二硫化钼(MoS2)因其宽光谱强吸收特性、优异的热局域化能力、可调控的亲水性、良好的化学稳定性和环境友好性，成为构建高效、稳定、抗盐沉积且可持续的太阳能界面蒸发系统的理想光热材料。然而，MoS2本身具有一定疏水性，且通常缺乏复杂、贯通的多孔结构以提供高效的毛细输水通道，这在实际海水界面蒸发过程中会阻碍水分持续、快速地向蒸发界面输送。为此，研究者提出了多种改进策略，如表面功能化改性[21-22]、多孔结构设计[23-25]和材料复合[25-28]等。其中，与其他材料复合不仅能拓宽光谱吸收范围，还能通过协同效应提高光热转换效率，因而受到广泛关注。例如，Zhang等[29]制备了一种快速交联、自漂浮的MoS2/MF气凝胶，其水蒸发速率达1.667 kg·m-2·h-1，并能有效净化含染料、金属离子、乳化液和油性污染物的废水。Yang等[30]则开发了一种高效稳定的MoS2/MXene/壳聚糖复合气凝胶，其展现出优异的光吸收能力(96.58%)和高蒸发速率(2.78 kg·m-2·h-1)，在海水淡化和废水处理领域显示出巨大潜力。此外，光热材料的载体在实际界面蒸发应用中也至关重要。目前广泛使用的水性聚合物载体，如聚乙烯醇(PVA)[31]、纤维素[32]和聚吡咯(PPy)[33]，往往机械稳定性较差，易出现膨胀、断裂、弯曲或应力破坏等问题。相比之下，泡沫镍(NF)具有优异的机械与化学稳定性，其高比表面积和多孔结构有利于增强光吸收并促进毛细管水分输运。值得注意的是，在NF上原位生成的Ni3S2作为一种窄带隙半导体，具有良好的光热转换能力，已在太阳能蒸发应用中展现出显著潜力[34]。
基于此，我们前期在NF基底上原位制备了光热转化材料Ni3S2@NF，但其蒸发速率仅为1.53 kg·m-2·h-1 [15]。为进一步提升光热转换性能，我们采用简易水热法，在NF上原位生长Ni3S2，并与MoS2复合，制备了具有微纳多级结构的MoS2/Ni3S2@NF(MNS@NF)复合材料。首先，MoS2与Ni3S2复合形成了异质结，拓宽了光谱响应范围。其次，复合实现了结构互补：MoS2具备二维层状结构，易于形成纳米花形貌，可提供较大比表面积[24]；而Ni3S2可形成一维纳米针或刺状结构，可作为MoS2纳米花的生长与支撑骨架[35]。二者复合构建的三维多级结构进一步优化了光捕获与水传输性能。同时，复合也实现了化学稳定性的互补，使材料兼具高光热性能和良好稳定性：Ni3S2具有良好的化学稳定性和机械强度，作为基底材料可以提供结构支撑[15]，而MoS2具有良好的光热稳定性和抗腐蚀性[13]。实验证明，MNS@NF复合材料表现出优异的界面蒸发性能和脱盐稳定性，为开发高效太阳能驱动界面蒸发材料提供了新思路。
四水合钼酸铵((NH4)6Mo7O24·4H2O，AR)、硫脲(CH4N2S，AR)、无水乙醇(C2H5OH，AR)、盐酸(HCl，37%)均购于国药集团化学试剂有限公司。NF购于天津安诺合新能源科技有限公司。去离子水为实验室自制。
为探究水热温度与时间对复合材料组成、结构及性能的影响，制备了不同水热反应温度和反应时间下的复合光热材料。
选取厚度为3 mm的NF作为骨架基材，将其切割为2 cm×2 cm，并依次使用3 mol·L-1盐酸、去离子水和无水乙醇进行超声清洗，时长分别为15、10、10 min。清洗完毕后，将NF干燥。随后，分别称取0.215 mmol四水合钼酸铵和6 mmol硫脲，置于50 mL去离子水中，搅拌混合30 min，再将混合溶液转移至100 mL反应釜中。最后，将处理后的NF浸入该溶液中进行水热反应。
固定反应时间为24 h，改变水热反应温度(160、180、200 ℃)，制备得到MNS@NF复合光热材料，分别记为MNS@NF-160-24、MNS@NF-180-24、MNS@ NF-200-24。同样，固定反应时温度为200 ℃，改变水热反应时间(24、18、12 h)，分别制备得到MNS@ NF-200-24、MNS@NF-200-18、MNS@NF-200-12。将所得块体样品用去离子水、无水乙醇交替洗涤若干次，放入真空干燥箱60 ℃下干燥12 h得到最终样品。此外，不加入四水合钼酸铵，重复上述实验步骤，保持水热反应温度为200 ℃、反应时间为24 h，制备Ni3S2@NF材料作为对照。
为比较MNS@NF与MoS2带隙的差异，以四水合钼酸铵、硫脲为反应原料，分别称取0.86 mmol钼酸铵、30 mmol硫脲于30 mL去离子水中，混合搅拌30 min后倒入50 mL反应釜并拧紧，放入烘箱，在180 ℃保持12 h后自然冷却至室温，再离心后得到沉淀，将沉淀用去离子水、无水乙醇交替洗涤若干次，放入真空干燥箱60 ℃干燥12 h得到MoS2粉体材料。
使用X射线衍射仪(BRUKER D8 ADVANCE，Germany)对所合成材料的物相组成及晶体结构进行检测和分析，工作电压为40 kV，电流为40 mA，辐射源为Cu Kα射线(λ=0.154 06 nm)，扫描速率为10 (°)·min-1，扫描范围2θ=5°~80°。使用扫描电子显微镜(SEM，HITACHI S-4800，Japan)观察材料表面的微观形貌，并通过能量色散X射线光谱(EDS)分析所制备材料中的元素含量。使用X射线光电子能谱仪(KARTOS AXSULTRA DLD，The UK，1 486.6 eV，10.0 kV，Al Kα辐射)测定样品的化学组成、价态和表面元素的含量。使用紫外可见近红外光谱吸收仪(Lambda 950，PERKINELMER，America)测量材料的反射率，测量波长范围为0.25~2.5 μm。随后，通过式1计算材料的吸收率(α)[36]。
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(1) |
式中，α表示制备材料的吸收率，λ为波长，Isol(λ)为材料的入射光谱强度，R(λ)为材料的反射光谱反射率。
图 1为太阳能界面水蒸发测试系统及蒸发装置示意图和MNS@NF复合材料的实物图。在实验装置中，聚苯乙烯泡沫外围以棉纤维包裹并置于水面之上，其上放置MNS@NF。该复合材料在界面蒸发过程中充当光吸收和光热转化材料，能够将太阳辐射转化为热能，用以加热并蒸发邻近的水分。聚苯乙烯泡沫浮于水面，同时承担支撑材料与隔绝下方水体热传递的作用，促使转换后的热量聚集于泡沫上方材料区域。与此同时，棉纤维在毛细效应驱动下持续将底层水源输送至聚苯乙烯泡沫上部，使蒸发过程严格限定在水-气界面进行。
使用氙灯(PLSXE300，中国)作为光源来模拟太阳光，通过调节氙灯与待测样品之间的垂直距离和工作电流来控制光照强度，并借助辐射计(FZ-A，中国)，采用多点采样均值法将光强调节到测试所需的强度(1 kW·m-2)。测试前，使用电子天平称量整个界面蒸发装置的质量，记录该值作为初始质量。随后开启氙灯光源开始测试，每2 min记录1次电子天平的读数，持续1 h。基于蒸发装置质量的变化和时间的关系，分别采用式2和3来计算水的蒸发速率和蒸发效率[37]。此外，在水蒸发测试过程中，采用红外热成像仪来记录不同时间点下样品的表面温度。整个测试过程中，所有测量均在环境温度(25±1) ℃和相对湿度为30%的条件下进行的。
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式2中，v表示单位时间内水的蒸发速率(kg·m-2·h-1)；Δm为t时间(h)内水的蒸发质量(kg)；A为界面蒸发面积(m2)。式3中，η为蒸发效率；vs表示单位时间内实测蒸发速率减去黑暗环境下蒸发速率后的净蒸发速率(kg·m-2·h-1)；hLV表示水在材料表面相变过程中的等效蒸发焓(kJ·kg-1)；Copt表示光学聚焦倍数；P0表示太阳辐射功率(1 kW·m-2)。式4中，hvap为水相变过程中的蒸发焓(2 240 kJ·kg-1)；m0表示去离子水黑暗中自然蒸发24 h的质量(g)；mg表示MNS@NF蒸发器在黑暗中自然蒸发24 h的质量(g)。
如图 1b所示，NF经水热处理后，由银灰色(右)转变为均匀的黑色(左)。如图 1c所示，MNS@NF-200-24的厚度约为3.06 mm。在仅添加硫源的情况下，Ni3S2@NF的X射线衍射(XRD)分析表明仅有Ni3S2生成(图S1，Supporting information)。当引入钼源后，样品组成发生变化。如图 2a和2b所示，在160 ℃条件下制备的材料中未出现MoS2的特征衍射峰，这可能是因为反应温度较低，尚未达到合成MoS2所需的条件。但在所有样品的XRD图中，在2θ=21.8°、31.1°、50.2°和55.2°处均出现了Ni3S2特征衍射峰，分别对应Ni3S2(PDF No.03-6338)的(100)、(110)、(210)和(211)晶面。同时，在2θ=44.5°、51.8°处出现了Ni特征衍射峰，分别对应Ni的(111)、(200)晶面。当反应温度升高为180和200 ℃时，在2θ=32.7°、39.5°处均出现MoS2(PDF No.64-4245)特征衍射峰，分别对应MoS2的(100)、(103)晶面，表明MNS@NF的成功制备。此外，随着水热时间的延长，MoS2衍射峰的强度增强。
为了进一步分析样品的元素状态，对MNS@NF-200-24进行了X射线光电子能谱(XPS)测试，结果如图 2c~2f所示。图 2c为样品的XPS全谱图，表明表面存在Ni、Mo、S等元素。图 2d为S2p的高分辨XPS谱图。经拟合，S2p3/2和S2p1/2特征峰结合能分别为161.8和163.0 eV，分别对应于Ni—S和Mo—S键[38]，证实形成了含S2-的金属硫化物。此外，由于硫的氧化，在168.7 eV处还出现了一个残留的SO42-特征峰。图 2e为Ni2p的高分辨XPS谱图。852.9和870.2 eV的特征峰归属于材料骨架中未完全硫化的Ni0；855.9和874.0 eV的特征峰分别归属于Ni2p3/2和Ni2p1/2，2个特征峰之间的能量差表明Ni2+和Ni3+两种氧化态的共存[39]；861.7和880.5 eV处的特征峰分别归属于Ni2p3/2和Ni2p1/2的卫星峰[40]。图 2f为Mo3d的高分辨XPS谱图。226.2 eV处的特征峰归属于S2s；228.7和232.3 eV的特征峰分别归属于Mo4+的Mo3d5/2和Mo3d3/2；235.6 eV处的特征峰则归属于样品中残留的Mo6+ [41]。
图 3a~3f为Ni3S2@NF和不同MNS@NF样品的SEM图像。图 3a表明，当反应溶液中仅含有硫脲时，Ni3S2以不规则条状堆积成簇附着于NF骨架表面，其尺寸处于微米范围；局部放大图进一步显示条状块体表面具有丰富的微观结构。在引入钼源后，于160 ℃、24 h的反应条件下，MNS@NF-160-24表面出现大量长度超过5 μm的不规则片状结构，同时伴有少量针刺状结构及由纳米片自组装形成的纳米花(图 3b)。结合对应的XRD图可知，该温度下并未生长出MoS2。当反应温度升高至180 ℃，MNS@NF-180-24的XRD图中出现了MoS2衍射峰(图 2a)。其SEM图像显示，样品表面同时存在微米级针刺状刺球结构和细丝状结构；对刺球结构进一步放大观察发现，MoS2以无定型颗粒形式堆叠在刺球的片层表面(图 3c)。在200 ℃，12 h的反应条件下，MNS@NF-200-12的XRD图中同样出现MoS2衍射峰(图 2b)。其SEM图像显示，样品表面存在大量长度约为1 μm的细丝结构与尖刺块状体；将细丝结构局部放大观察发现，细丝表面包裹一层较薄的MoS2，但并未形成明显的纳米花结构(图 3d)。随着反应时间延长至18 h，MNS@NF-200-18的XRD图显示，MoS2衍射峰强度进一步增加(图 2b)。其SEM图像显示，样品表面尖刺块状体消失，开始出现微米级针刺状刺球结构，且细丝进一步变长并相互交错；放大细丝结构可见，MoS2仍以较薄层包裹其表面(图 3e)。当反应时间延长至24 h时，MNS@NF-200-24表面呈现大量微米级针刺状刺球结构，MoS2以纳米花形式包裹于刺球表面[41](图 3f)。EDS分析表明，Mo、Ni和S元素在该样品表面均匀分布(图S2)。这种MoS2纳米花包裹的刺球结构有利于光在材料表面发生多次折射与散射，从而增强对光的吸收。
图 4为Ni3S2@NF和不同MNS@NF样品的紫外可见近红外反射光谱图以及样品表面的温度变化曲线。如图 4a所示，当反应温度从160 ℃升至200 ℃时，样品反射率逐渐降低。图 4b显示，所有样品的太阳光吸收率均高于85.0%，其中Ni3S2@NF在全波段范围内的吸收率为85.9%。样品的吸收率随着反应温度的升高而逐渐增加，吸收率由89.0%逐渐增加至91.6%。图 4c展示了在光照强度为1 kW·m-2的氙灯照射下，以去离子水为蒸发介质时，各样品表面在30 min内的温度变化曲线。结果显示，在最初的1 min内，所有样品的温度均迅速上升，随后逐渐趋于稳定。其中，MNS@NF-200-24的表面温度最高，最高达40.0 ℃，稳定温度为39.4 ℃。MNS@NF-180-24和MNS@NF-160-24的稳定温度分别为38.7和36.6 ℃。作为对照，去离子水在光照10 min后温度仅升高10.7 ℃，最终稳定在29.2 ℃，而Ni3S2@NF的最终稳定温度为36.9 ℃。
由图 4d可知，当反应时间从12 h延长至24 h，样品在全波段范围内的反射率逐渐降低。图 4e显示，随着反应温度的升高，样品的吸收率在全波段范围内逐渐增加，从90.6%提升至91.7%。图 4f所示的温度变化曲线表明，MNS@NF-200-24的表面温度最高，其最高温度达40.0 ℃，稳定温度为39.4 ℃。MNS@NF-200-18和MNS@NF-200-12的稳定温度分别为38.3和39.0 ℃。
不同样品中，Ni3S2@NF的吸收率最低。结合SEM图像分析表明，Ni3S2@NF的微观表面由不规则条状结构堆积成簇，缺乏能够促进入射光多次吸收与反射的陷光结构，因此对入射光的吸收能力十分有限；MNS@NF-160-24表面形成了大量微米级片层结构，且伴随少量纳米片交错堆叠，这种堆叠形成的陷光结构在一定程度上提升了光的吸收，但由于陷光结构数量较少，对吸收能力的增强作用受到明显限制；MNS@NF-180-24表面同时存在微米级针刺状刺球结构和细丝状结构，MoS2以无定型纳米颗粒粘结在刺球表面，这些结构有助于入射光的多次吸收与散射，从而进一步提升了光吸收性能；MNS@ NF-200-12表面形成了大量长细丝结构与尖刺块状体，尽管这些结构能对光进行多次散射，但对光的吸收效果仍然有限；MNS@NF-200-18表面的细丝进一步生长并相互交错，逐渐形成部分刺球结构，这些结构虽能增强光的多次散射与吸收，但由于整体结构数量有限，对光的吸收仍存在一定制约；MNS@NF-200-24表面生长出大量尖刺状结构，且表面被MoS2纳米花包裹，这种结构在促进入射光的多次吸收与反射方面发挥了重要作用，从而进一步增强了材料的光吸收能力。
图 5展示了在光照强度为1 kW·m-2，蒸发介质为去离子水的条件下，蒸发1 h后样品的质量变化、蒸发速率及蒸发效率。通过图 5a中的质量变化数据，结合公式2计算得到各样品的蒸发速率(图 5b)。由图 5b可知，MNS@NF-200-24的界面蒸发速率最高，达到2.846 kg·m-2·h-1，分别是Ni3S2@NF和去离子水蒸发速率的1.87倍和4.33倍。而MNS@NF-160-24的界面蒸发速率最低，为2.148 kg·m-2·h-1，分别为Ni3S2@NF和去离子水蒸发速率的1.41倍和3.27倍。进一步根据公式3计算得到各样品的界面蒸发效率，结果如图 5c所示。
如图 5c所示，界面蒸发效率最高及最低的样品分别为MNS@NF-200-24和MNS@NF-160-24，蒸发效率分别为95.2%和91.2%，相比Ni3S2@NF的界面蒸发效率分别提升了23.7和19.7个百分点。如图 5e所示，界面蒸发速率最高的为MNS@NF-200-24，其蒸发速率为2.842 kg·m-2·h-1；界面蒸发速率最低的为MNS@NF-200-12，其蒸发速率为2.325 kg·m-2·h-1，分别为Ni3S2@NF和去离子水蒸发速率的1.53倍和3.54倍。这是由于MNS@NF-200-24表面存在大量MoS2纳米花包裹的针刺状刺球结构，有利于对入射光的多次散射和吸收。如图 5f所示，界面蒸发效率最高及最低的样品分别为MNS@NF-200-24和MNS@NF-200-12，蒸发效率分别为95.6%和91.8%，相比Ni3S2@NF均有显著提升，分别提升了24.1和20.3个百分点。
前述结果表明，MNS@NF-200-24样品具有最优的光吸收性能和界面蒸发性能。为进一步评估其在海水环境下的界面蒸发性能，参照文献方法[42]配制了模拟海水溶液，该溶液由一定浓度的NaHCO3、NaCl、MgCl2、KCl、MgSO4和CaCl2组成，用于替代界面蒸发测试中的去离子水。
为进一步考察材料在模拟海水中的蒸发稳定性，对MNS@NF-200-24进行连续12 h的蒸发实验，测试结果如图 6所示。图 6a为连续蒸发12 h过程中的质量变化曲线，通过计算每小时蒸发的质量得到蒸发速率的变化，结果如图 6b所示。在1 h的脱盐测试中，MNS@NF-200-24在模拟海水中的蒸发速率为2.360 kg·m-2·h-1，相较于在去离子水中的蒸发速率显著下降。随着测试时间的延长，蒸发速率整体呈明显的下降趋势；当连续蒸发至5 h后，下降幅度逐渐减缓，至12 h时，界面蒸发速率降至2.000 kg·m-2·h-1，为初始蒸发速率的84.7%，连续12 h平均蒸发速率为2.114 kg·m-2·h-1。由此可见，MNS@NF-200-24在长时间模拟海水界面蒸发中具有较为优异的性能。图 6c为连续蒸发12 h过程中温度变化曲线。由图可知，材料在30 min后表面温度稳定维持在39.0~40.0 ℃之间，表明MNS@NF-200-24具有良好的稳定毛细供水能力、抗盐结晶性能及长期蒸发稳定性。图 6d展示了12 h蒸发过程中收集的蒸发冷凝液，采用电感耦合等离子体发射光谱仪(OPTIMA7300DV，PERKINELMER，America)测量实验前后液体中主要离子的含量。结果显示，混合溶液中Na+、Mg2+、Ca2+、K+四种离子的浓度均显著下降，且均低于世界卫生组织(WHO)和美国环境保护署(EPA)[8]规定的标准。
如图S3中的蒸发实物图所示，在蒸发4、8、12 h后，MNS@NF-200-24表面均未出现盐结晶现象。这归因于MNS@NF-200-24在模拟海水界面蒸发过程中盐浓度梯度和重力的共同作用：材料表面薄层水中的盐分沿浓度梯度向下方水体扩散，而水体中的水分子则通过毛细作用和浓度梯度向上输送至材料表面，从而确保蒸发过程中水分的持续供给，抑制了盐结晶在材料表面的形成，维持了长时间的高效蒸发性能。结合实际日照时间，该材料作为光热界面蒸发材料，理论上可在24 h内实现循环利用。
表 1列出了近几年部分文献报道的MoS2基光热材料制备方法和界面蒸发性能。从表中可以看出，MNS@NF-200-24的蒸发速率在MoS2基复合材料中处于较高水平。此外，从表中还可以看出气凝胶体系也具有较高的蒸发速率，这是因为气凝胶通常具有更低的密度和更高的孔隙率，其高蒸发速率部分归因于水凝胶高分子链与水分子相互作用导致的蒸发焓降低[43]。相比之下，MNS@NF-200-24作为无机复合材料，在不依赖水凝胶效应的情况下实现了相近的高蒸发速率，这体现了其优异的光热转换性能。与文献报道的光热蒸发系统相比，MNS@NF-200-24具有以下优势：首先，其制备工艺简单高效。大多数高性能MoS2基复合材料采用复杂的多步制备工艺，如冷冻干燥、浸涂-组装、化学气相沉积等，而MNS@NF-200-24采用一步水热法在NF基底上原位生长，工艺简单、成本低。这种原位生长方式确保了MoS2/Ni3S2与NF基底的紧密结合，提高了材料的结构稳定性。其次，MNS@NF-200-24具有优异的抗盐污性能。该材料在模拟海水中连续蒸发12 h无盐结晶，这得益于其多级孔结构和亲水表面。根据Sun等[44]的研究，通过扩散和对流机制可以有效抑制盐积累。
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| Preparation method | Irradiance/ (kW·m-2) |
Solar light absorption rate/% |
Evaporation efficiency/% |
Evaporation rate/ (kg·m-2·h-1) |
Ref. | |
| Rapid cross-linking of MoS2 hydrogel | Preparation of fixed layer, hydrogel crosslinking, assembly | 1.0 | n.d.* | 79.84 | 1.667 | [21] |
| MoS2/MXene aerogel | Prepare Mxene and MoS2, crosslink and freeze-dry | 1.0 | 96.58 | n.d. | 2.78 | [22] |
| MoS2@sponge with double layer structure | Prepare MoS2, impregnate PU sponge, and dry | 1.0 | ca. 85.0 | 86.2 | 1.204 | [26] |
| CuS-MoS2/poly (vinyl alcohol) sponge | Prepare CuS-MoS2 and crosslink PVA | 1.0 | 98.6 | 91.5 | 1.92 | [29] |
| MoS2 supported hydrophilic porous membrane | Prepare CNT@C membrane and hydrothermally grow MoS2 | 1.0 | 95.0 | 95.5 | 2.53 | [45] |
| MoS2-polypyrrole-cotton towel with asymmetric structure | Prepare MoS2, impregnate and dry PPy cotton towel | 1.0 | ca. 95.0 | n.d. | 2.02 | [46] |
| 3D porous carbon fiber/MoS2 aerogel | Chemically and ionically crosslink PVA, CS, CCF with MoS2 | 1.0 | 92.4 | 99.54 | 2.065 | [47] |
| MoS2@CaCl2 aerogel | Prepare MoS2 spheres and impregnate with CaCl2 | 1.0 | 96 | 46.0 | 2.25 | [48] |
| 3D biomimetic MoS2@ ZIF-8-based aerogel | Prepare ZIF-8 and hydrothermally grow MoS2 | 1.0 | ca. 98.3 | 120.45 | 2.27 | [49] |
| MoS2 membrane on carbon cloth | Hydrothermal growth of MoS2 on carbon cloth | 1.0 | 91.51 | 88.7 | 2.07 | [50] |
| 3D porous MoS2/Ni3S2 composite materials | In-situ hydrothermal growth of Ni3S2/MoS2 on NF | 1.0 | 91.7 | 95.6 | 2.846 | This work |
| *n.d.: no described. | ||||||
材料在蒸发过程中的循环稳定性同样重要，这可以反映出材料在多次使用后蒸发性能的保持能力。为探究MNS@NF-200-24的循环稳定性，首先以去离子水为蒸发介质，对其进行了7次重复蒸发性能测试(每次循环实验时间为1 h，1次循环结束后关闭光源使材料表面冷却至室温，再开启下一次循环测试)，结果如图 7a所示。第1次蒸发测试后，蒸发速率为2.813 kg·m-2·h-1。随着测试次数增加，蒸发速率整体呈现出降低的趋势，循环7次后稳定在2.738 kg·m-2·h-1左右。以首次蒸发速率为基准，循环7次后仅降低2.7%，表明MNS@NF-200-24在去离子水介质中具有较好的循环稳定性。进一步将蒸发介质更换为模拟海水，同样进行7次重复蒸发性能测试，结果如图 7b所示。在第1次脱盐测试中，蒸发速率为2.420 kg·m-2·h-1，相较于去离子水介质显著下降。随着测试次数增加，蒸发速率逐渐降低。循环7次后稳定在2.031 kg·m-2·h-1，为初次蒸发速率的83.9%。蒸发速率的明显下降可归因于溶液的依数性：模拟海水中存在大量离子，使得单位面积表面的水分子浓度会低于去离子水中的水分子浓度，从而导致蒸气压降低，蒸发速率相较于去离子水有所下降。
图 8展示了黑暗条件下，去离子水、Ni3S2@NF和不同条件下合成的MNS@NF在24 h内自然蒸发去离子水的质量变化。基于图 8a中的质量变化数据，利用公式4计算得到各体系的等效蒸发焓，结果如图 8b所示。由图 8所示，MNS@NF-200-24在黑暗条件下24 h内蒸发的去离子水质量最高，其等效蒸发焓相应降至最低，为1 590 kJ·kg-1，明显低于去离子水自身的蒸发焓(2 240 kJ·kg-1)。该等效蒸发焓的显著降低，有利于在模拟太阳光条件下加速材料表面水分的蒸发。
对于光热界面蒸发材料，等效蒸发焓与材料的结构、组成、亲水性等密切相关。图S4分别为MoS2与MNS@NF-200-24的带隙，与Ni3S2复合后，MoS2的带隙从1.46 eV降至1.25 eV。带隙的降低，有效拓宽了材料的光谱吸收，实现了对光能更高效的利用。Wang等[51]的研究显示，微纳粗糙结构可以显著增强材料表面的超亲水性，同时增加水分子与材料表面的接触面积。MNS@NF-200-24表面的微刺球结构提供了丰富的粗糙表面，水分子可以在其表面快速铺展(图S5)，形成薄层水。这种薄层水状态下的水分子受到的表面限制效应更强，其氢键网络更容易被破坏。同时，复合材料表面存在丰富的极性位点(Mo—S、Ni—S键)，可以与水分子形成较强的相互作用。Pan等[52]指出，亲水表面与水分子之间的强相互作用可以削弱水分子间的氢键，降低蒸发所需的能量。MNS@NF-200-24的亲水表面通过氢键和范德瓦耳斯力与水分子相互作用。同时，其表面的微刺球结构形成了纳米尺度的受限空间，水分子在该空间内受到几何约束，进而部分破坏了水分子间的氢键网络，从而降低了等效蒸发焓。
此外，这种多孔-微刺球微纳多级结构不仅增强了光吸收，更关键的是实现了“热局域化”与“水传输”的平衡。一方面实现了光热局域化：微米级的微刺球在NF骨架表面的原位生长构筑了微纳界面，这种微纳界面粗糙度形成了多次光反射的“光陷阱”，显著延长了光路，增强了光子捕获率。而NF骨架的大孔结构不仅充当了支撑，还使这种多级孔隙结构中充满了空气(低热导率介质)，有效阻断了热量向体相水的传导，将产生的热量限制在蒸发界面(气-液界面)，从而提升了表面温度，实现了热阻隔。另一方面实现了水/蒸汽传输协同：NF的大孔骨架提供了宏观的水传输通道，确保了充足的水量供应。而MNS@NF的纳米片/微刺球结构形成了丰富的毛细微通道，根据杨-拉普拉斯方程，微纳孔隙产生的巨大毛细力能够将水迅速抽吸至顶端受热面，防止干烧。并且，这种微纳结构可将连续的体相水分割为微小的薄层水。相比于体相水，高比表面积的薄层水更容易受热蒸发，从而实现水传输与相变速率的匹配。
在界面蒸发过程中，系统中的能量散失主要来自材料表面的少量热对流和材料本体的热传导、热辐射。与已报道的文献(表 1)相比，MNS@NF-200-24还表现出高蒸发效率，这与复合材料的组成和结构密切相关。首先，NF骨架中的空气层起到了良好的隔热作用，因此材料在蒸发过程中仅有极少量的对外热传导。其次，多孔-微刺球多级结构对材料微表面所产生的热辐射多次内部反射与散射并由空气隔热，进一步限制了对外部的热辐射。此外，与二维蒸发器相比，三维蒸发器除了主要的吸光顶部表面外，还可以引入没有直接光吸收的侧面。蒸发过程中，侧面蒸发产生的冷却效应使表面温度低于环境温度[53]，从而使侧面成为一个“冷”蒸发表面，能够通过辐射和对流从周围环境中收集额外能量[54]。通过调节顶部蒸发表面(能量损失到环境)和侧面蒸发表面(从环境中收集能量)，可以实现从环境中获得净能量增益[3]。基于此，MNS@NF-200-24不仅实现了2.846 kg·m-2·h-1的水蒸发速率，其光热转化效率也达到了95.6%，表现出极大的应用潜力。
利用简单水热法成功制备了具有多孔-微刺球微纳多级结构的MNS@NF复合材料。其中MNS@NF-200-24表现出最优的光热界面蒸发性能。该材料保留了NF的三维骨架结构，并在其微观表面生长出MoS2纳米花包裹Ni3S2的刺球状陷光结构。在250~2 500 nm波长范围内，MNS@NF-200-24的太阳光吸收率最高可达91.7%。在1 kW·m-2光强照射下，以去离子水为蒸发介质，其水蒸发速率达2.846 kg·m-2·h-1，光热转化效率高达95.6%。此外，该材料还表现出良好的循环稳定性和长时间模拟海水脱盐能力：在模拟海水中循环7次后，其蒸发速率仍稳定在2.031 kg·m-2·h-1；连续蒸发12 h后，蒸发速率保持在2.000 kg·m-2·h-1，且材料宏观表面未出现盐结晶。NF的大孔骨架与MoS2/Ni3S2微纳结构形成的分级孔隙协同优化了热局域化与水传输过程，使等效蒸发焓显著降低至1 590 kJ·kg-1，相比去离子水降低了29.0%。这主要得益于以下机制：一方面，微刺球多级结构通过多重光散射形成“光陷阱”效应，增强光吸收；另一方面，纳米级毛细通道凭借强毛细力持续将水分子输送至蒸发界面，而微米级孔道内的空气层有效阻断热量向体相水传导，从而提升界面温度；同时，Mo—S和Ni—S等极性位点与水分子间的强相互作用进一步削弱了水分子间的氢键。综上所述，该MNS@NF复合材料兼具高光吸收率、高蒸发效率、优异的抗盐性和循环稳定性，在太阳能驱动海水淡化及应急淡水供应等领域展现出广阔的应用前景。本工作也为开发太阳能驱动界面蒸发材料提供了新策略。
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MESFIN M, ARJEN Y. Four billion people facing severe water scarcity[J]. Sci. Adv., 2016, 2(2): e1500323 doi: 10.1126/sciadv.1500323
YU Z, GU R N, ZHANG Y X, GUO S, CHENG S A, TAN S C. High-flux flowing interfacial water evaporation under multiple heating sources enabled by a biohybrid hydrogel[J]. Nano Energy, 2022, 98: 107287 doi: 10.1016/j.nanoen.2022.107287
WU X, LU Y, REN X H, WU P, CHU D W, YANG X F, XU H L. Interfacial solar evaporation: From fundamental research to applications[J]. Adv. Mater., 2024, 36: 2313090 doi: 10.1002/adma.202313090
HOU L L, LI S, QI Y Q, LIU J C, CUI Z M, LIU X F, ZHANG Y, WANG N, ZHAO Y. Advancing efficiency in solar-driven interfacial evaporation: Strategies and applications[J]. ACS Nano, 2025, 19(10): 9636-9683 doi: 10.1021/acsnano.4c16998
GUO L P, GONG J, SONG C Y, ZHAO Y L, TAN B, ZHAO Q, JIN S B. Donor-acceptor charge migration system of superhydrophilic covalent triazine framework and carbon nanotube toward high performance solar thermal conversion[J]. ACS Energy Lett., 2020, 5(4): 1300-1306 doi: 10.1021/acsenergylett.0c00394
KOU H, LIU Z X, ZHU B, MACHARIA D K, AHMED S, WU B H, ZHU M F, LIU X G, CHEN Z G. Recyclable CNT-coupled cotton fabrics for low-cost and efficient desalination of seawater under sunlight[J]. Desalination, 2019, 462: 29-38 doi: 10.1016/j.desal.2019.04.005
SHAO C X, ZHAO Y, QU L T. Tunable graphene systems for water desalination[J]. Chemnanomat, 2020, 6(7): 1028-1048 doi: 10.1002/cnma.202000041
ZHOU L, TAN Y L, WANG J Y, XU W C, YUAN Y, CAI W S, ZHU S N, ZHU J. 3D self-assembly of aluminium nanoparticles for plasmon-enhanced solar desalination[J]. Nat. Photonics, 2016, 10(6): 393-398 doi: 10.1038/nphoton.2016.75
LI D M, CHENG Y Y, LUO Y X, TENG Y Q, LIU Y H, FENG L B, WANG N, ZHAO Y. Electrospun nanofiber materials for photothermal interfacial evaporation[J]. Mater., 2023, 16: 5676 doi: 10.3390/ma16165676
YIN K, YANG S, WU J R, LI Y J, CHU D K, HE J, DUAN J A. Femtosecond laser induced robust Ti foam based evaporator for efficient solar desalination[J]. J. Mater. Chem. A, 2019, 7(14): 8361-8367 doi: 10.1039/C9TA00291J
BAI Z, XU H F, LI G, YANG B, YAO J X, GUO K, WANG N. MoS2 nanosheets decorated with Fe3O4 nanoparticles for highly efficient solar steam generation and water treatment[J]. Molecules, 2023, 28: 1719 doi: 10.3390/molecules28041719
LIU C, WU S J, YANG Z F, SUN H X, ZHU Z Q, LIANG W D, LI A. Mechanically robust and flame-retardant silicon aerogel elastomers for thermal insulation and efficient solar steam generation[J]. ACS Omega, 2020, 5(15): 8638-8646 doi: 10.1021/acsomega.0c00086
CHOU S S, KAEHR B, KIM J, FOLEY B M, DE M, HOPKINS P E, HUANG J, BRINKER C J, DRAVID V P. Chemically exfoliated MoS2 as near-infrared photothermal agents[J]. Angew. Chem. ‒Int. Edit., 2013, 52(15): 4160-4164 doi: 10.1002/anie.201209229
HUANG S L, LONG Y J, YI H, YANG Z Y, PANG L J, JIN Z Y, LIAO Q F, ZHANG L J, ZHANG Y Y, CHEN Y Z, CUI H Z, LU J G, PENG X S, LIANG H W, RUAN S C, ZENG Y J. Multifunctional molybdenum oxide for solar-driven water evaporation and charged dyes adsorption[J]. Appl. Surf. Sci., 2019, 491: 328-334 doi: 10.1016/j.apsusc.2019.06.155
YAO Z P, YU K L, PAN M Y, XU H B, ZHAO T Q, JIANG Z H. A mechanically durable, excellent recyclable 3D hierarchical Ni3S2@Ni foam photothermal membrane[J]. Green Energy Environ., 2022, 7(3): 492-499 doi: 10.1016/j.gee.2020.10.010
GOEL N, TAYLOR R A, OTANICAR T. A review of nanofluid-based direct absorption solar collectors: Design considerations and experiments with hybrid PV/Thermal and direct steam generation collectors[J]. Renew. Energy, 2020, 145: 903-913 doi: 10.1016/j.renene.2019.06.097
LAN K, DENG Y, HUANG A, LI S Q, LIU G L, XIE H L. Highly-performance polyimide as an efficient photothermal material for solar-driven water evaporation[J]. Polym., 2022, 256: 125177 doi: 10.1016/j.polymer.2022.125177
WILSON H M, RAHMAN S A R, PARAB A E, JHA N. Ultra-low cost cotton based solar evaporation device for seawater desalination and waste water purification to produce drinkable water[J]. Desalination, 2019, 456: 85-96 doi: 10.1016/j.desal.2019.01.017
PENG B L, LYU Q Q, GAO Y J, LI M M, XIE G, XIE Z J, ZHANG H C, REN J L, ZHU J T, ZHANG L B, WANG P. Composite polyelectrolyte photothermal hydrogel with anti-biofouling and antibacterial properties for the real-world application of solar steam generation[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14(14): 16546-16557 doi: 10.1021/acsami.2c02464
SHI Y, MENG N, WANG Y, CHENG Z H, ZHANG W Y, LIAO Y Z. Scalable fabrication of conjugated microporous polymer sponges for efficient solar steam generation[J]. ACS Appl. Mater. Interfaces, 2022, 14(3): 4522-4531 doi: 10.1021/acsami.1c21693
YU Q, WANG Q, FENG T, WANG L, FAN Z X. A novel functionalized MoS2-based coating for efficient solar desalination[J]. Mater., 2023, 16: 3105 doi: 10.3390/ma16083105
JIANG M M, ZHENG R Q, WANG M J, LI X Q. A MoS2-based evaporator with porous structure and interlayer channels for solar desalination and photocatalytic degradation[J]. Sol. Energy, 2024, 279: 112853 doi: 10.1016/j.solener.2024.112853
LIU P, HU Y B, LI X Y, XU L, CHEN C, YUAN B L, FU M L. Enhanced solar evaporation using a scalable MoS2-based hydrogel for highly efficient solar desalination[J]. Angew. Chem. ‒Int. Edit., 2022, 134: e202208587
FU Y L, XIE L T, LI J, LI X G, SU M S, LIU Y T, YAN L G. Simultaneous solar-driven interfacial evaporation and phenol degradation using three-dimensional MoS2-melamine foam[J]. Chem. Eng. J., 2024, 500: 156929 doi: 10.1016/j.cej.2024.156929
WANG Q M, JIA F F, HUANG A H, QIN Y, SONG S X, LI Y M, ARROYO M A C. MoS2@sponge with double layer structure for high-efficiency solar desalination[J]. Desalination, 2020, 481: 114359 doi: 10.1016/j.desal.2020.114359
GUO Z Z, XU Y, YU F, YIN J C, WANG X B. Enhanced steam temperature enabled by a simple three-tier solar evaporation device[J]. Glob. Chall., 2021, 5: 2000092 doi: 10.1002/gch2.202000092
ZHAO Z B, ZHAO J X, SUN Y, YE M D, WEN X R. Synergetic pseudocapacitive sodium capture for efficient saline water desalination by iron oxide hydroxide‑decorated palladium nanoparticle anchored 3D flowerlike molybdenum sulfide[J]. Chem. Eng. J., 2023, 458: 141508 doi: 10.1016/j.cej.2023.141508
LIU Y Y, LAO Y J, WANG Y S, ZHANG Q, DU F P, ZHANG Y F. Synergistic photothermal conversion in CuS-MoS2/poly (vinyl alcohol) sponge for efficient solar water evaporation[J]. Sep. Purif. Technol., 2025, 359: 130860 doi: 10.1016/j.seppur.2024.130860
ZHANG Z K, LI X L, LIU G Q, QI S, LV J, GE B, ZHANG T H, REN G N, ZHANG Z Z. Rapid cross-linking of MoS2 photothermal layers and their assembly of interface evaporators for desalination and environmental optimization[J]. Desalination, 2025, 606: 118767 doi: 10.1016/j.desal.2025.118767
YANG Z Y, WEI N, XUE N, XU R Q, YANG E Q, WANG F S, ZHU H L, CUI H Z. Highly efficient MoS2/MXene aerogel for interfacial solar steam generation and wastewater treatment[J]. J. Colloid Interface Sci., 2024, 656: 189-199 doi: 10.1016/j.jcis.2023.11.110
WANG H L, BO Y F, KLINGENHOF M, PENG J L, WANG D, WU B, PEZOLDT J, CHENG P F, KNAUER A, HUA W B, WANG H G, VAN A P A, SOFER Z, STRASSER P, GULDI D M, SCHAAF P. A universal design strategy based on NiPS3 nanosheets towards efficient photothermal conversion and solar desalination[J]. Adv. Funct. Mater., 2024, 34: 2310942 doi: 10.1002/adfm.202310942
AN F X, YANG C Y, TANG Z L, CHEN H, LIU J L. Efficient and recyclable sodium carboxymethyl cellulose photothermal sponge for evaporation desalination[J]. Sep. Purif. Technol., 2025, 369: 133122 doi: 10.1016/j.seppur.2025.133122
ZHAO Q B, WAN Y Q, CHANG F, WANG Y F, JIANG H K, JIANG L, ZHANG X Y, MA N. Photothermal converting polypyrrole/polyurethane composite foams for effective solar desalination[J]. Desalination, 2022, 527: 115581 doi: 10.1016/j.desal.2022.115581
JIANG H L, AI L H, CHEN M, JIANG J. Broadband nickel sulfide/nickel foam-based solar evaporator for highly efficient water purification and electricity generation[J]. ACS Sustainable Chem. Eng., 2020, 8(29): 10833-10841
XU X Q, ZHAO X W, ZHAO R Z, GU M Y, CHENG Y H, ZHANG J Y. Ni3S2@MoS2@Ni3Si2 seaweed-like hybrid structures in-situ grown on Ni foam as efficient bifunctional electrocatalysts[J]. ChemCatChem, 2023, 15: e202201412 doi: 10.1002/cctc.202201412
徐云松, 姚忠平, 赵天琪, 顾燕然, 张笑, 宋平. MXene/枝状Co/聚偏氟乙烯复合光热膜制备及其界面蒸发性能[J]. 无机化学学报, 2022, 38(12): 2423-2432. doi: 10.11862/CJIC.2022.243XU Y S, YAO Z P, ZHAO T Q, GU Y R, ZHANG X, SONG P. MXene/dendritic Co/polyvinylidene fluoride composite photothermal membrane: Preparation and interfacial evaporation properties[J]. Chinese J. Inorg. Chem., 2022, 38(12): 2423-2432 doi: 10.11862/CJIC.2022.243
GHASEMI H, NI G, MARNNET A M, LOOMIS J, YERCI S, MILJKOVIC N, CHEN G. Solar steam generation by heat localization[J]. Nat. Commun., 2014, 5: 4449 doi: 10.1038/ncomms5449
LIU N, YANG L C, WANG S N, ZHONG Z W, HE S N, YANG X Y, GAO Q S, TANG Y. Ultrathin MoS2 nanosheets growing within an in-situ-formed template as efficient electrocatalysts for hydrogen evolution[J]. J. Power Sources, 2015, 275: 588-594 doi: 10.1016/j.jpowsour.2014.11.039
WANG F F, ZHU Y F, TIAN W, LV X B, ZHANG H L, HU Z F, ZHANG Y X, JI J Y, JIANG W. Co-doped Ni3S2@CNT arrays anchored on graphite foam with a hierarchical conductive network for high-performance supercapacitors and hydrogen evolution electrodes[J]. J. Mater. Chem. A, 2018, 6: 10490-10496 doi: 10.1039/C8TA03131B
GHADGE S D, VELIKOKHATNYI O I, DATTA M K, DAMODARAN K, SHANTHI P M, KUMTA P N. Highly efficient fluorine doped Ni2P electrocatalysts for alkaline mediated oxygen evolution reaction[J]. J. Electrochem. Soc., 2021, 168: 064512
JIAO S L, YAO Z Y, XUE F, LU Y F, LIU M C, DENG H Q, MA X F, LIU Z X, MA C, HUANG H W, RUAN S C, ZENG Y J. Defect-rich one-dimensional MoS2 hierarchical architecture for efficient hydrogen evolution: Coupling of multiple advantages into one catalyst[J]. Appl. Catal. B‒Environ., 2019, 258: 117964
YU K, TAN X, HU Y N, CHEN F W, LI S J. Microstructure effects on the electrochemical corrosion properties of Mg-4.1% Ga-2.2% Hg alloy as the anode for seawater-activated batteries[J]. Corros. Sci., 2011, 53(5): 2035-2040 doi: 10.1016/j.corsci.2011.01.040
ZHOU X, GUO Y, ZHAO F, YU G H. Hydrogels as an emerging material platform for solar water purification[J]. Accounts Chem. Res., 2019, 52(11): 3244-3253 doi: 10.1021/acs.accounts.9b00455
SUN Y Q, TAN X Y, XIANG B, GONG J L, LI J. Solar-driven interfacial evaporation for sustainable desalination: Evaluation of current salt-resistant strategies[J]. Chem. Eng. J., 2023, 474: 145945
LI S, LIU T, YAO Y, YANG M Z, LI F F, ZHAO Z B, ZHANG S, HE G H, LI X C. MoS2 supported hydrophilic porous membrane for solar water evaporation[J]. Sep. Purif. Technol., 2025, 353: 128566
GUO Z Z, ZHANG J M, WANG J C, ALOMAR M, IRSHAD M S, WU J L, SHI C R, AHMED I, DAO V D, SHI R Q, FAN X C, WANG X B. Asymmetric structure fabric-based energy manager for simultaneous power and steam generation[J]. Desalination, 2025, 603: 118655
LI J H, LIU Q H, ZHANG Y, MU L H, LIU H, ZHANG R Z, ZHU X D, SUN C L, HE J M, QU M N. Tri-dimensional porous cattails carbon fiber/MoS2 composite aerogel for desalination and oil-water emulsion purification[J]. Sep. Purif. Technol., 2025, 369: 133113
ZHANG L, ZHAI S, YANG L, LU Y Z, ZHOU J H, HUANG S J, CHEN Z H, ZHU Z Y, YU F, WU Q S, WANG X B. MoS2-based smart aerogel for sustainable and efficient freshwater generation[J]. Sep. Purif. Technol., 2025, 376: 134071
ZHANG L, YANG L, CHENG X Y, ZHOU J H, BAN H Y, CHEN Z H, YU F, WANG X B, ZHANG Q F. MoS2@ZIF-8-based aerogel with multiscale biomimetic structure achieving all-day desalination and wastewater purification[J]. Chem. Eng. J., 2024, 493: 152092
CUI L F, CHE H N, LIU B, AO Y H. Multifunctional MoS2 membrane for integrated solar-driven water evaporation and water purification[J]. Commun. Mater., 2024, 5: 94
WANG Y, ZHAO W N, LEE Y, WANG Z K, TAM K C. Thermo-adaptive interfacial solar evaporation enhanced by dynamic water gating[J]. Nat. Commun., 2024, 15: 6157
PAN Q Q, LI H W, DU Y C, ZHANG Y J, WANG K, MA J, SUI X. Recent advances in nanomaterial-based membranes for high-performance solar-driven interfacial evaporation desalination[J]. Sep. Purif. Technol., 2025, 360: 130962
GAO T, WU X, WANG Y D, OWENS G, XU H L. A hollow and compressible 3D photothermal evaporator for highly efficient solar steam generation without energy loss[J]. Sol. RRL, 2021, 5: 2100053
LI X Q, LI J L, LU J Y, XU N, CHEN C L, MIN X Z, ZHU B, LI H X, ZHOU L, ZHU S N, ZHANG T J, ZHU J. Enhancement of interfacial solar vapor generation by environmental energy[J]. Joule, 2018, 2(7): 1331-1338
图 1 (a) 水蒸发测试系统及界面蒸发装置示意图; (b) NF水热处理(右) 前、(左) 后对比图; (c) MNS@NF-200-24的厚度
Figure 1 (a) Schematic diagram of water evaporation testing system and interfacial evaporation device; (b) Comparison of NF (right) before and (left) after hydrothermal treatment; (c) Thickness of MNS@NF-200-24
图 2 不同(a) 反应温度和(b) 反应时间下制备的MNS@NF的XRD图; (c) MNS@NF-200-24的XPS全谱图及(d) S2p、(e) Ni2p、(f) Mo3d高分辨XPS谱图
Figure 2 XRD patterns of MNS@NF prepared at different (a) reaction temperatures and (b) reaction times; (c) XPS survey spectrum and high-resolution XPS spectra for (d) S2p, (e) Ni2p, and (f) Mo3d of MNS@NF-200-24
图 3 (a) Ni3S2@NF、(b) MNS@NF-160-24、(c) MNS@NF-180-24、(d) MNS@NF-200-12、(e) MNS@NF-200-18和(f) MNS@NF-200-24的SEM图像
Figure 3 SEM images of (a) Ni3S2@NF, (b) MNS@NF-160-24, (c) MNS@NF-180-24, (d) MNS@NF-200-12, (e) MNS@NF-200-18, and (f) MNS@NF-200-24
图 4 不同样品的(a、d) 反射率曲线、(b、e) 吸收率曲线与太阳光谱、(c、f) 温度变化曲线
Figure 4 (a, d) Reflectance curves, (b, e) absorptance curves and solar spectrum, and (c, f) temperature variation curves of the different samples
图 5 不同样品的(a、d) 质量变化曲线、(b、e) 蒸发速率和(c、f) 蒸发效率
Figure 5 (a, d) Temperature variation curves, (b, e) evaporation rates, and (c, f) evaporation efficiencies of the different samples
图 6 MNS@NF-200-24模拟海水连续蒸发12 h的(a) 质量变化曲线、(b) 蒸发速率、(c) 温度变化曲线和(d) 脱盐后溶液离子的浓度变化
Figure 6 (a) Mass variation curve, (b) evaporation rate, (c) temperature change, and (d) ion mass concentration change of desalted solution for MNS@NF-200-24 simulated seawater after continuous evaporation for 12 h
图 7 MNS@NF-200-24在(a) 去离子水和(b) 模拟海水中的循环稳定性测试
Figure 7 Cycling stability test in (a) deionized water and (b) simulated seawater of MNS@NF-200-24
图 8 不同样品在黑暗条件下24 h内(a) 去离子水蒸发质量变化和(b) 相应的等效蒸发焓
Figure 8 (a) Evaporative mass change of deionized water and (b) corresponding equivalent enthalpy of the different samples in dark for 24 h
表 1 部分MoS2基界面蒸发材料的性能对比
Table 1. Performance comparison of some MoS2-based interfacial evaporation materials
| Preparation method | Irradiance/ (kW·m-2) |
Solar light absorption rate/% |
Evaporation efficiency/% |
Evaporation rate/ (kg·m-2·h-1) |
Ref. | |
| Rapid cross-linking of MoS2 hydrogel | Preparation of fixed layer, hydrogel crosslinking, assembly | 1.0 | n.d.* | 79.84 | 1.667 | [21] |
| MoS2/MXene aerogel | Prepare Mxene and MoS2, crosslink and freeze-dry | 1.0 | 96.58 | n.d. | 2.78 | [22] |
| MoS2@sponge with double layer structure | Prepare MoS2, impregnate PU sponge, and dry | 1.0 | ca. 85.0 | 86.2 | 1.204 | [26] |
| CuS-MoS2/poly (vinyl alcohol) sponge | Prepare CuS-MoS2 and crosslink PVA | 1.0 | 98.6 | 91.5 | 1.92 | [29] |
| MoS2 supported hydrophilic porous membrane | Prepare CNT@C membrane and hydrothermally grow MoS2 | 1.0 | 95.0 | 95.5 | 2.53 | [45] |
| MoS2-polypyrrole-cotton towel with asymmetric structure | Prepare MoS2, impregnate and dry PPy cotton towel | 1.0 | ca. 95.0 | n.d. | 2.02 | [46] |
| 3D porous carbon fiber/MoS2 aerogel | Chemically and ionically crosslink PVA, CS, CCF with MoS2 | 1.0 | 92.4 | 99.54 | 2.065 | [47] |
| MoS2@CaCl2 aerogel | Prepare MoS2 spheres and impregnate with CaCl2 | 1.0 | 96 | 46.0 | 2.25 | [48] |
| 3D biomimetic MoS2@ ZIF-8-based aerogel | Prepare ZIF-8 and hydrothermally grow MoS2 | 1.0 | ca. 98.3 | 120.45 | 2.27 | [49] |
| MoS2 membrane on carbon cloth | Hydrothermal growth of MoS2 on carbon cloth | 1.0 | 91.51 | 88.7 | 2.07 | [50] |
| 3D porous MoS2/Ni3S2 composite materials | In-situ hydrothermal growth of Ni3S2/MoS2 on NF | 1.0 | 91.7 | 95.6 | 2.846 | This work |
| *n.d.: no described. | ||||||
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