[发明专利]一种兼具水伏发电功能的太阳能蒸发器

说明书

本发明涉及一种兼具水伏发电功能的太阳能蒸发器，将复合碳化生物质材料与水凝胶组装形成太阳能蒸发器件；在太阳光的照射下，复合碳化生物质材料作为光热转化和水伏发电部分，将太阳光的辐射能转换成热量，实现水的蒸发，同时实现水伏发电；水凝胶作为支撑、输水和隔热部分，以提高蒸发器效率。该太阳能蒸发器蒸发效率高，且具有水伏发电功能。

技术领域

本发明属于新能源材料领域，具体涉及一种兼具水伏发电功能的太阳能蒸发器。

背景技术

淡水和能源短缺是迫切需要解决的问题。太阳能蒸发器作为一种用于海水淡化的新能源技术受到广泛关注。蒸发器通过吸收太阳能，在水和空气界面产生热量，将水转化为蒸汽，从而获得清洁的水和能源。太阳能蒸发器通常由三个部分组成，用于光热转换和水蒸发的顶部部分，用于水输送的中部部分以及与水接触的底部部分。一个高效的太阳能蒸发器应该具有以下特点。首先，蒸发器的顶部材料和结构应该具有优异的太阳能吸收性能和光热转换效率。第二，蒸发器的中部结构应能够实现高效输水并具有一定的鲁棒性以避免盐结晶堵塞通道。第三，蒸发器与水的接触界面可以进行优化，从而提高效率并实现蒸发器的多功能性，如降低蒸发焓，调节表面能，改变温度分布和实现水伏发电。为了提高太阳能蒸发器的性能，人们做了许多尝试。然而，制备一种高效、低成本、环保、多功能性的蒸发器仍然是一个挑战。

以往在太阳能吸收和光热转换部分的研究主要集中在碳基材料上，包括石墨烯及其衍生物、碳纳米管、碳化生物质材料。在这些材料中，碳化生物质材料因其具有优良的太阳能吸收效率，光热转换特性以及用于输水的天然通道结构等优点而备受关注。碳化生物质材料与各种低维材料的结合是提高所有波长光吸收率和光热转换效率的有效途径。其中，MXene材料是一种包含过渡金属碳化物、碳氮化物和亲水官能团的二维材料，具有优良的光热转换效率。但是，如何提高MXene在碳化生物质材料中的负载率还需要更多的研究，如选择具有新颖微结构和更大比表面积的碳化生物质材料。

已有研究报道碳化生物质材料（如碳化木块）的通孔通过毛细力实现对水的输送作用。通孔结构面临的主要挑战之一是通道中盐晶体的堵塞，这会导致输水率显著下降。除了常见的通孔结构外，一些种类的生物质材料具有特殊的微观结构。白千层木块的微观结构是由微丝组成的疏松、有序的脚手架结构，与常见的木材的通孔结构有明显不同。由于这种脚手架结构的碳化木块具有更大的表面积和新的拓扑形态，有可能实现更高的水分输送效率和更快的气液界面演化。此外，这种结构具有更大的内部空间，可能对解决盐晶体堵塞的情况更有效。然而，对于脚手架结构碳化生物质材料在蒸发器中的应用尚未见报道。基于脚手架结构碳化生物质材料，通过二维材料修饰、蒸发器界面接触角和蒸发焓调控、温度分布控制、水伏发电效应等实现高效多功能的太阳能蒸发器构建尚未报道。

发明内容

本发明的目的在于提供一种兼具水伏发电功能的太阳能蒸发器，该太阳能蒸发器蒸发效率高，且具有水伏发电功能。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种兼具水伏发电功能的太阳能蒸发器，其特征在于，将复合碳化生物质材料与水凝胶组装形成太阳能蒸发器件；在太阳光的照射下，复合碳化生物质材料作为光热转化和水伏发电部分，将太阳光的辐射能转换成热量，实现水的蒸发，同时实现水伏发电；水凝胶作为支撑、输水和隔热部分，以提高蒸发器效率。

进一步地，所述复合碳化生物质材料由生物质材料经过高温碳化，再与二维材料复合得到。

进一步地，所述生物质材料具有特殊结构，所述特殊结构为具有疏松、纤维状、有序特点的脚手架状结构。

进一步地，所述生物质材料包括具有脚手架状结构的天然组织或加工结构。

进一步地，所述具有脚手架状结构的天然组织或加工结构为白千层树皮组织。

进一步地，所述高温碳化温度为400℃-1000℃，碳化时长为20 min-90 min，由惰性气体保护。

进一步地，所述二维材料为MXene、石墨烯或氧化石墨烯。