東北大學左良教授最新Nature：平帶λ-Ti3O5用于非凡的太陽能蒸汽產生

東北大學左良教授最新Nature：平帶λ-Ti₃O₅用于非凡的太陽能蒸汽產生

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【導讀】

太陽能蒸汽界面蒸發具有環境友好的特點，是一種很有前途的海水淡化和污水凈化策略。為了提高太陽能到蒸汽的發電量，以前的大多數努力都集中在在整個太陽光譜范圍內有效地收集太陽能。然而，調節聯合態密度在增強光熱材料太陽光吸收方面的重要性卻很少被強調。

【成果掠影】

今日，東北大學左良教授課題組提出了一種通過引入平帶電子結構來大幅度提升聯合態密度的方法。本工作的研究表明，由于Ti-Ti二聚體在費米能級附近誘導的平帶，金屬λ-Ti₃O₅粉末顯示出高達96.4%的太陽吸收率。通過將它們集成到具有錐形空腔的三維多孔水凝膠基蒸發器中，在1?太陽照射下，3.5?重量百分比的鹽水實現了前所未有的高蒸發速率，約為6.09?kg?m^-2?h^-1，而沒有鹽沉淀。本質上，暴露在λ-Ti₃O₅表面的Ti-Ti二聚體和U型grOOVe結構促進了吸附水分子的解離，并以小團簇的形式有利于界面水的蒸發。本工作強調了Ti-Ti二聚體誘導的平帶在束縛太陽能吸收和特殊的U型grOOV促進水分解方面的重要作用，為實現經濟有效的太陽能蒸汽發電提供了見解。相關論文以題為“Flatband λ-Ti₃O₅ towards extraordinary solar steam generation”的論文發表在Nature上。

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【數據概況】

圖1. 反射光譜和電子結構? 2023 Springer Nature Limited

圖2. 2D-SSE系統及實驗結果? 2023 Springer Nature Limited

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圖3. λ-Ti₃O₅(11O)表面輔助水的吸附和解離? 2023 Springer Nature Limited

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圖4. 3D太陽能蒸汽蒸發系統及實驗結果? 2023 Springer Nature Limited

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圖5. 2D-和3D-SSE在1?太陽照射下的水蒸發速率與太陽能-蒸汽效率? 2023 Springer Nature Limited

【成果啟示】

總之，本工作證明了金屬λ-Ti₃O₅在TSOs中具有最高的平均太陽吸收率，為96.4%。通過將λ-Ti₃O₅粉末摻入具有錐形空腔的多孔PVA水凝膠基3D-SSE中，在1?太陽照射下實現了前所未有的高水蒸發速率6.09?kg?m^-2?h^-1。這種突出表現可以歸結為三個方面。首先，Ti-Ti二聚體在EF周圍誘導出許多平坦的能帶，從而導致高的JDOS，因此具有優越的太陽能吸收率。λ-Ti₃O₅的這一優點，結合其低的熱導率，保證了有效的太陽能到熱能的轉換和高的熱局域化。其次，暴露在λ-Ti₃O₅表面的Ti-Ti二聚體和U型grOOVs對水的吸附和解離都有顯著的貢獻。特別是，亞穩態H₃O*單元的頻繁出現，伴隨著質子的快速轉移，以小團簇的形式促進了界面水的蒸發。第三，引入錐形腔可以使太陽光更深入，從而更好地平衡太陽能蒸發和供水之間的關系。因此，用于太陽能吸收和水蒸發的有效表面積大大增加，并能夠防止鹽堵塞。

文獻鏈接：https://www.nature.com/articles/s41586-023-06509-3

本文由溫華供稿。