【摘 要】
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太阳能蒸汽转化技术是一种收集太阳能用于蒸发水的绿色可持续技术,在工业化发展迅速的今天,全人类正面临着能源枯竭和水资源短缺的尴尬局面,太阳能蒸汽转化技术可在解决上述问题时发挥重要作用。其中,界面蒸汽转化技术是将太阳能限制在空气与水的界面处,只加热界面的一小部分水来产生蒸汽,从而大大提高了蒸汽转换的效率,进一步推广了太阳能蒸汽转换技术在实践中的应用。但是,目前大部分太阳能蒸发器的光热转化效率仍然比较低
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太阳能蒸汽转化技术是一种收集太阳能用于蒸发水的绿色可持续技术,在工业化发展迅速的今天,全人类正面临着能源枯竭和水资源短缺的尴尬局面,太阳能蒸汽转化技术可在解决上述问题时发挥重要作用。其中,界面蒸汽转化技术是将太阳能限制在空气与水的界面处,只加热界面的一小部分水来产生蒸汽,从而大大提高了蒸汽转换的效率,进一步推广了太阳能蒸汽转换技术在实践中的应用。但是,目前大部分太阳能蒸发器的光热转化效率仍然比较低,使得其在工业上的推广受到很大的制约。因此,选择合适的吸光材料和进行合理的蒸发器件结构优化是实现高光热转换效率的关键。近几年,无机半导体在光热领域得到广泛应用,如Ti O2、Co S、Cu2-xS和WO3-x等。其中,半导体WO3因其无毒、带隙小、光吸收范围大而被认为是一种强有力的光热候选材料。本论文主要研究富含氧空位WO3装饰泡沫镍（NF）以及WO3-x/Ag/PbS装饰NF太阳能蒸发器对其光吸收率和光热转换效率的影响。主要研究内容如下:（1）通过水热和退火方法,在NF表面装饰了一种富含氧空位且具有“纳米片上生长纳米棒阵列”独特结构的WO3-x,并将其用作吸光材料。WO3-x/NF太阳能蒸发器的三维（3D）分层多孔独特结构可以提供蒸汽逃逸通道,并通过多重散射效应增强光阱,WO3-x的局部表面等离子体共振（LSPR）效应也有助于增加全太阳光谱中的光吸收。所制备的WO3-x/NF太阳能蒸发器具有较高的太阳能吸收率（95%）,在一个太阳光照强度(1 k W m-2)下的蒸发率为1.50 kg m-2h-1,光热转换效率约为88%。水质净化结果表明,WO3-x/NF太阳能蒸发器对海水淡化效果显著,且不存在明显的盐积累。第一性原理计算表明,含氧空位的WO3带隙较窄,更有利于吸收整个光谱中的太阳能量。（2）通过光还原方法将银纳米粒子（Ag NPs）搭载在WO3-x/NF上,然后通过喷涂的方法将硫化铅量子点（PbS CQDs）喷涂在WO3-x/Ag/NF的一面,形成Janus型WO3-x/Ag/PbS/NF异质复合结构。因Ag NPs在紫外范围内具有较强的吸收,PbS CQDs在可见光附近有较强的吸收,WO3-x在可见光和近红外附近有较强的吸收,三者结合作为光吸收剂可以提高整个太阳光谱范围内的吸收率。Janus结构的WO3-x/Ag/PbS/NF有利于蒸汽的逃逸,避免盐份的累积,具有一定的自清洁能力。最终实现了1.9 kg m-2h-1的蒸发率和94%光热转换效率。在重离子水淡化,有机物处理方面也具有优秀的表现。通过第一性原理计算了异质复合结构之间的光生载流子的迁移过程,说明了三者具有一定的协同能力,对光吸收有促进作用。
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