东北大学左良教授最新Nature：平带λ-Ti3O5用于非凡的太阳能蒸汽产生

东北大学左良教授最新Nature：平带λ-Ti₃O₅用于非凡的太阳能蒸汽产生

【导读】

太阳能蒸汽界面蒸发具有环境友好的特点，是一种很有前途的海水淡化和污水净化策略。为了提高太阳能到蒸汽的发电量，以前的大多数努力都集中在在整个太阳光谱范围内有效地收集太阳能。然而，调节联合态密度在增强光热材料太阳光吸收方面的重要性却很少被强调。

【成果掠影】

今日，东北大学左良教授课题组提出了一种通过引入平带电子结构来大幅度提升联合态密度的方法。本工作的研究表明，由于Ti-Ti二聚体在费米能级附近诱导的平带，金属λ-Ti₃O₅粉末显示出高达96.4%的太阳吸收率。通过将它们集成到具有锥形空腔的三维多孔水凝胶基蒸发器中，在1 太阳照射下，3.5 重量百分比的盐水实现了前所未有的高蒸发速率，约为6.09 kg m^-2 h^-1，而没有盐沉淀。本质上，暴露在λ-Ti₃O₅表面的Ti-Ti二聚体和U型grOOVe结构促进了吸附水分子的解离，并以小团簇的形式有利于界面水的蒸发。本工作强调了Ti-Ti二聚体诱导的平带在束缚太阳能吸收和特殊的U型grOOV促进水分解方面的重要作用，为实现经济有效的太阳能蒸汽发电提供了见解。相关论文以题为“Flatband λ-Ti₃O₅ towards extraordinary solar steam generation”的论文发表在Nature上。

【数据概况】

图1. 反射光谱和电子结构© 2023 Springer Nature Limited

图2. 2D-SSE系统及实验结果© 2023 Springer Nature Limited

图3. λ-Ti₃O₅(11O)表面辅助水的吸附和解离© 2023 Springer Nature Limited

图4. 3D太阳能蒸汽蒸发系统及实验结果© 2023 Springer Nature Limited

图5. 2D-和3D-SSE在1 太阳照射下的水蒸发速率与太阳能-蒸汽效率© 2023 Springer Nature Limited

【成果启示】

总之，本工作证明了金属λ-Ti₃O₅在TSOs中具有最高的平均太阳吸收率，为96.4%。通过将λ-Ti₃O₅粉末掺入具有锥形空腔的多孔PVA水凝胶基3D-SSE中，在1 太阳照射下实现了前所未有的高水蒸发速率6.09 kg m^-2h^-1。这种突出表现可以归结为三个方面。首先，Ti-Ti二聚体在EF周围诱导出许多平坦的能带，从而导致高的JDOS，因此具有优越的太阳能吸收率。λ-Ti₃O₅的这一优点，结合其低的热导率，保证了有效的太阳能到热能的转换和高的热局域化。其次，暴露在λ-Ti₃O₅表面的Ti-Ti二聚体和U型grOOVs对水的吸附和解离都有显著的贡献。特别是，亚稳态H₃O*单元的频繁出现，伴随着质子的快速转移，以小团簇的形式促进了界面水的蒸发。第三，引入锥形腔可以使太阳光更深入，从而更好地平衡太阳能蒸发和供水之间的关系。因此，用于太阳能吸收和水蒸发的有效表面积大大增加，并能够防止盐堵塞。

文献链接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06509-3

本文由温华供稿。