近日,海南大學海洋光化學轉換與功能器件創新團隊聯合新加坡國立大學國際專家團隊成功研發出一種3D打印的仿生花朵蒸發器,可在太陽光驅動下,高效、同步地實現海水淡化和清潔氫能生產,該成果破解了長期困擾該領域的鹽分堵塞和催化劑在海水中易失效兩大技術瓶頸,為發展新質生產力、保障我國遠海島礁水資源與能源安全提供了新的技術路徑。
長期以來,利用太陽能進行界面蒸發以獲取淡水,始終面臨著鹽分在蒸發表面結晶并導致器件性能衰減的難題。同時,在海水中直接光催化制氫,也因催化劑(尤其是貴金屬)易被海水中復雜離子“毒化”而失活,以及成本高昂等問題,難以實現大規模應用。
為從根本上解決這些問題,該團隊從自然界花朵高效的物質輸運機制中獲得靈感。他們采用先進的3D打印技術,精確構建了一種具備中心垂直供水和花瓣式徑向擴散通道的仿生結構,這種結構的核心優勢在于,它能主動管理鹽分的遷移路徑,通過設計的流體通道,鹽水中的鹽離子會被持續不斷地輸運至設備邊緣區域并結晶析出,從而保證了中心核心蒸發區域的“無鹽”工作狀態。
性能測試結果表明,該仿生蒸發器展現出優異的綜合性能。在淡水生產方面,1個標準太陽光照下,每平方米設備每小時可產出約2.71公斤淡水,水質符合世界衛生組織飲用水標準;在結構強度方面,得益于材料配方與3D打印工藝的優化,該器件異常堅固,其楊氏模量高達190.12兆帕,足以承受自身數百倍的重壓,具備了在復雜海洋環境下長期服役的潛力。
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