DOI: 10.1016/j.carbon.2021.02.081
界面太陽能蒸汽發電是一種高效、環保的清潔水生產技術。然而，制備一種全方位集光、高蒸發率、兼具催化和抗菌性能的蒸發器仍然是一項巨大的挑戰。在此，研究者采用溶液靜電紡絲技術制備出Ag納米顆粒修飾MXene納米片/聚丙烯腈（Ag@MXene/PAN）納米纖維基蒸發器，用于高效、多功能和全向太陽能蒸汽發電。Ag納米顆粒和MXene納米片的結合不僅增強了寬帶光的吸收和熱量的產生，而且有助于獲得良好的催化和抗菌性能。此外，Ag@MXene/PAN納米纖維膜的柔性和可折疊性使3D精細結構蒸發器具有更大的蒸發表面積和優化的光吸收率。為了概念驗證，研究者構建了基于Ag@MXene/PAN納米纖維的折紙式蒸發器，該蒸發器在從30度到150度的寬入射角范圍內顯示出相對穩定的蒸發速率。在1個太陽光照下，最大蒸發速率達到2.08 kg m-2 h-1，遠遠優于現有的溶液-電紡納米纖維基蒸發器。本研究所設計的納米纖維基蒸發器具有柔性結構、優良的性能、集多功能于一體等特點，在實際清潔水生產中具有廣闊的應用前景。
圖1.Ag@MXene/PAN納米纖維膜的制備示意圖。
圖2.（a）純PAN納米纖維膜，（b）MXene/PAN納米纖維膜和（c）Ag@MXene/PAN納米纖維膜的SEM圖像。（d）直徑約4cm的純PAN納米纖維膜，MXene/PAN納米纖維膜和Ag@MXene/PAN納米纖維膜的光學圖像。（e）Ag@MXene/PAN納米纖維的TEM圖像，（f）Ag@MXene/PAN納米纖維膜的EDS映射圖像。
圖3.（a）在300至2500nm波長范圍內的UV-vis-NIR吸收光譜；（b）干濕狀態下的紅外熱像圖，左側為PAN納米纖維膜，中間為MXene/PAN納米纖維膜，右側為Ag@MXene/PAN納米纖維膜；（c）Ag納米顆粒與MXene納米片之間協同作用的示意圖；（d）所制備納米纖維膜的蒸發速率和太陽與蒸汽的轉化效率。上述MXene/PAN和Ag@MXene/PAN納米纖維膜中光熱材料的重量比為8wt％，Ag和MXene的重量比為1:4。（e）Ag@MXene/PAN納米纖維膜蒸發速率隨循環次數的變化。
圖4.（a）Ag@MXene/PAN納米纖維膜用于多功能太陽能蒸汽發電的示意圖，用Ag@MXene/PAN納米纖維膜催化還原（b）2-NA和（c）4-NP的UV-vis光譜，（d）生長大腸桿菌的瓊脂平板暴露于Ag@MXene/PAN納米纖維膜0h、12h、18h和24h的數字圖像。
圖5.（a）不同太陽光入射角度下的3D折紙式結構示意圖；（b）在不同太陽光入射角下，所制備Ag@MXene/PAN納米纖維基折紙式蒸發器的蒸發速率，插圖為所制備折紙式蒸發器的光學圖像。（c）太陽光直射下，不同日照強度下水體的水質變化，（d）比較溶液-電紡納米纖維基太陽能蒸汽發電機與現有Ag@MXene/PAN納米纖維基折紙式蒸發器在1個太陽下的太陽能蒸發率。
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