近期，材料科学与工程学院崔洪芝教授课题组在太阳能海水淡化领域取得重要研究进展，相关论文以“Biomimetic Micro Nanostructured Evaporator with Dual-Transition-Metal MXene for Efficient Solar Steam Generation and Multifunctional Salt Harvesting”为题发表于国际顶尖期刊《Nano-Micro Letters》。
太阳能驱动的界面蒸发是解决全球淡水短缺问题最具吸引力的方法之一。然而，在蒸发器中协同实现高蒸发率、有效盐分收集和多功能性，仍然是一项关键挑战。MXene 作为一种新兴的二维材料，具有丰富的表面官能团、耐腐蚀性、抗菌性，以及成分、带隙和功函数的可调性，为其在复杂的海洋环境中实现多功能性提供了有力保障。但是，恶劣环境，包括高太阳辐照强度、风化、低温结冰、粉尘、生物污染等导致了蒸发器的效率和稳定性大幅降低。
针对以上挑战，崔洪芝教授团队以具有超疏防污性能的蝉翼结构为灵感，设计并构建了一种具有仿生微结构的光热超疏水复合陶瓷膜。其中，采用双金属元素Mo,V掺杂策略，增加了光热层(V1/2Mo1/2)2CTx MXene的联合态密度，使得光激发载流子松弛和热释放的数量增加，因此增强了MXene的光热转换性能。同时，这一机理为多主元金属MXene的光热转换机制提供了新的见解。得益于(V1/2Mo1/2)2CTx MXene-200复合膜增强的“光阱”效应、光热转换和高通量的水传输，在单光强下能够实现2.23 kg m−2 h−1的高蒸发速率。此外，由于仿生微纳结构超疏水表面的新颖设计，复合膜可以诱导盐分在膜边缘进行定向沉积，从而实现盐分的回收和浓盐水的零排放。同时，该复合膜能够实现协同的抗/除冰、防污、抗菌等多功能性，克服了蒸发器多功能性难以兼容的缺点，为太阳能蒸发技术在复杂服役环境中的实际应用提供了巨大的发展潜力。
该项研究工作得到了国家自然科学基金重点项目、山东省重大基础研究项目，山东省重点研发计划项目以及泰山攀登计划等项目资助，中国海洋大学为唯一完成单位，崔洪芝教授为通讯作者。本论文的第一作者为2021级博士研究生徐瑞琪同学。
文/图：徐瑞琪
文章链接：
Nano-Micro Letters (2025) 17, 102.
https://doi.org/10.1007/s40820-024-01612-0
极端环境材料团队网站链接：https://www.x-mol.com/groups/cui_hongzhi
