近年來，材料學(xué)界在光熱材料的研究中不斷取得新進(jìn)展，但單組分材料有限的光熱轉(zhuǎn)換效率，還遠(yuǎn)不能滿足實(shí)際需要。記者7日從云南大學(xué)和云南省科技廳了解到，云南省微納材料與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室近期利用化學(xué)方法，將貴金屬、半導(dǎo)體和碳基材料復(fù)合，得到一種新的具有超高海水淡化和發(fā)電性能的復(fù)合光熱材料。

基于三元復(fù)合材料的協(xié)同光熱水蒸發(fā)過程示意圖。(圖片來源：Nano Energy官網(wǎng))

目前，全世界能源的消耗主要以煤、石油和天然氣為主，由此帶來的化石能源枯竭和使用化石燃料造成的環(huán)境污染，持續(xù)困擾著人類。同時(shí)，為緩解淡水資源的短缺和能源危機(jī)，人們對(duì)海水淡化和發(fā)電給予了極大的關(guān)注。因此，通過更好的設(shè)計(jì)和調(diào)控，制備出具有更高光熱轉(zhuǎn)換效率的復(fù)合材料是研究的熱點(diǎn)。

在云南省基礎(chǔ)研究計(jì)劃項(xiàng)目和國(guó)家自然科學(xué)基金支持下，云南大學(xué)萬艷芬、楊鵬等人受珊瑚結(jié)構(gòu)高吸光性能的啟發(fā)，設(shè)計(jì)并制備了一種新型的復(fù)合材料，包括具有等離子體效應(yīng)的金(Au)納米錐、鉬酸鉍(Bi2MoO6)半導(dǎo)體和生物質(zhì)碳點(diǎn)(CDs)三種組分，首次合成珊瑚狀的Au@Bi2MoO6-CDs異質(zhì)結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)在3D的鉬酸鉍內(nèi)部包裹金納米錐，并在鉬酸鉍外部吸附大量碳點(diǎn)。尤其是金納米錐的加入，電子由鉬酸鉍轉(zhuǎn)移到金錐表面，極大地增強(qiáng)了材料的光熱性能。研究成果發(fā)表在國(guó)際知名期刊《納米能源》(Nano Energy)上。

據(jù)介紹，這種三元復(fù)合材料實(shí)現(xiàn)了有效電荷轉(zhuǎn)移，有利于“光生電子-空穴對(duì)”的形成，提高了材料光熱轉(zhuǎn)換效率。同時(shí)，材料表面的孔洞結(jié)構(gòu)為收集太陽光提供了眾多位點(diǎn)，通過孔洞對(duì)光的多級(jí)反射，實(shí)現(xiàn)了70%的光吸收率。經(jīng)光熱性能測(cè)試，發(fā)現(xiàn)其具有超高光熱性能，在一個(gè)太陽光下的光熱轉(zhuǎn)換效率達(dá)到97.1%，水蒸發(fā)率達(dá)每平米小時(shí)1.69千克。

此外，將復(fù)合材料沉積在商用溫差發(fā)電片上，可制成太陽能溫差發(fā)電器件。結(jié)果顯示，該器件具有增強(qiáng)的熱電性能，其輸出功率高達(dá)每平方厘米97.4 微瓦。這為高效光熱轉(zhuǎn)換材料的研究提供了重要實(shí)驗(yàn)依據(jù)，同時(shí)也為海水淡化和新能源器件及系統(tǒng)研發(fā)帶來新思路。