本期分享發表在Chemical Engineering Journal雜志上題目為“3D-printed flower-inspired evaporator for simultaneous solar seawater desalination and hydrogen production”的研究文章。

Part 1 文章簡介

太陽能驅動的界面蒸發為解決淡水短缺問題提供了一種環保的方法。然而，太陽能蒸發器在實際應用中面臨著諸多挑戰，需要考慮鹽分積累、耐久性和成本等問題。本文，作者將聚多巴胺-BaTiO3/CuPbSbS3 (PDA-BTO/CPSS) 與 3D 打印的 PAAc-PEGDA 花形水凝膠 (FH) 相結合，開發出一種仿生水凝膠蒸發器 (PDA-BTO/CPSS-FH)。得益于獨特的發散式供水通道和馬蘭戈尼效應，所制備的 PDA-BTO/CPSS-FH 蒸發器在 3.5wt% 鹽水溶液中，在一次太陽照射下即可達到 2.71kg·m?2·h?1 的驚人蒸發速率，超過了大多數已報道的 3D 打印蒸發器。長期耐久性測試表明，即使在濃度高達7.0wt%的鹽水中，蒸發速率也能在超過100小時內保持2.51kg?m?2?h?1，且鹽的形成僅限于蒸發器的邊緣。此外，低成本BTO/CPSS異質結構的壓電特性使其光催化活性增強，在收集的淡水中實現了240.96μmol·m?2?h?1的高產氫速率，在天然海水中實現了226.32μmol·m?2?h?1的高產氫速率。這項工作提出了一種多功能“一體化”太陽能蒸發器的設計方法，突出了其在淡水和清潔能源生產方面的潛力，并在應對全球水資源和能源挑戰方面具有廣闊的應用前景。

? Part 2 主要圖表

圖1是3D太陽能蒸發器的制造過程。（a）仿生天然花卉結構設計圖解。（b-c）花形PAAc-Zr+-PEGDA水凝膠（b）和PDA-BTO/CPSS-FH蒸發器（c）的制造過程示意圖。

圖2是（a–b）PAAc-Zr+-PEGDA-n 的壓縮應力-應變曲線和壓縮模量（誤差線表示三次重復實驗的標準差）。（c）PAAc-Zr+-PEGDA 在剛度實驗中的光學圖像。（d）楊氏模量與已報道的最先進的 3D 打印水凝膠的比較。（e–f）PAAc-Zr2+-PEGDA-1（e）和 PAAc-Zr2+-PEGDA-2（f）表面的水接觸角圖像。

圖3是（a–c）3D 打印 FH 的 SEM 圖像，（d–e）PDA-FH 的 SEM 圖像。（f–i）PDA-BTO/CPSS FH 的 SEM 圖像。（j–p）PDA-BTO/CPSS-FH 的 EDS 光譜。（q）FH、PDA-FH 和 PDA-BTO/CPSS FH 的 FTIR 光譜。（r）FH、PDA-FH 和 PDA-BTO/CPSS FH 的 XRD 圖案。

圖4是（a）FH、PDA-FH 和 PDA-BTO/CPSS-FH 的太陽光吸收光譜。（b）不同蒸發器在干燥狀態下的溫度變化曲線。（c）1 個太陽光照下各種蒸發器水的質量隨時間的變化。（d）不同太陽光照下 PDA-BTO/CPSS-FH 蒸發器水的質量變化。（e）不同太陽光照下 PDA-BTO/CPSS-FH 的蒸發速率和能源效率匯總。（f）不同 3D 打印蒸發器的蒸發速率和能源效率比較。（g-h）PDA-BTO/CPSS-FH 在不同溶液（g）和鹽度（h）中的蒸發性能。（i）PDA-BTO/CPSS-FH 的表面溫度分布。

圖5是（a）PDA-BTO/CPSS-FH在7.0wt%高鹽度溶液中的長期蒸發穩定性（誤差線表示三次重復實驗的標準差）。（b）2024年4月29日記錄的實際溫度、濕度和光照強度變化曲線。（c）收集水的水質與WHO標準比較。（d）PDA-BTO/CPSS-FH沖刷實驗的數碼照片。（e）從初始蒸發器測得的蒸發速率，以及沖洗1、3和7天后的蒸發速率（誤差線表示五次重復實驗的標準差）。

圖6是（a）BTO、CPSS、BTO/CPSS、極化BTO/CPSS的產氫速率（誤差線表示三次重復實驗的標準差）。（b）純水中產氫速率與文獻報道的最先進的催化劑的比較。（c）極化前后BTO/CPSS的瞬態光電流曲線。（d-e）各種催化劑的LSV曲線。（f）極化前后BTO/CPSS的電化學阻抗譜。（g）不同蒸發器的產氫速率（誤差線表示三次重復實驗的標準差）。（h）PDA-BTO/CPSS-FH在淡水和海水中1太陽照射下隨時間變化的光催化產氫速率。

原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163629

引用：Li, Jiakai, et al. "3D-printed flower-inspired evaporator for simultaneous solar seawater desalination and hydrogen production." Chemical Engineering Journal (2025): 163629.

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