二硫化钼基复合材料的制备及其光热性能研究.pdf

摘要

近年来，由于人口增长、气候变化和工业发展，淡水资源短缺成为亟待解决

的问题之一。传统的淡水生产方法往往存在生产成本高、后期维护困难等弊端。

太阳能界面蒸发技术通过光热转换材料，驱动其在水-空气界面蒸发，用于实现

高效水净化，是对绿色能源利用较为简单且直接的策略之一。高效且光谱范围宽

的光吸收、有效的局域化热管理和充分的水供应是实现高效太阳能界面蒸发的关

键因素。现阶段的光热蒸发器件仍然存在能量利用率低以及淡水产量低的问题。

因此，本论文选用MoS2为主要光热转换材料，并将其构筑成光热器件，着重解

决清洁水产量低、热能损耗大、能量利用率低等问题。主要工作和取得的创新性

成果如下：

(1)以杨絮纤维为碳源，在其表面均匀生长具有硫空位的花状1T-MoS2后，

通过冰模板法构建三维多孔气凝胶。研究了二硫化钼/碳(MoS/C)复合气凝胶对

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废水中四环素的吸附动力学和吸附等温线模型，由于四环素吸附过程是吸热行为，

太阳诱导产生的局部高温能够显著提高对四环素的吸附量。MoS/C复合气凝胶

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表现出优异的光热性能，在1kWm-2光照强度下具有2.54kgm-2h-1的水蒸发速

率，是纯水蒸发速率(0.23kgm-2h-1)的11倍。基于MoS/C复合气凝胶的太阳能

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光热产水器件可以有效去除四环素并产生淡水，日产水量达33.6kgm-2。

(2)以沸石咪唑酯骨架(ZIF-8)为基底，在其表面生长1T-MoS2后，制备具有

香蒲状、睡莲状和莲藕状仿生气凝胶。莲藕状MoS@ZIF-8气凝胶的多孔结构和

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垂直输水通道，使其具有优异的输水能力和抗盐性能，同时可吸附废水中的镉离

子，去除率达到74%。在风能和太阳能双重驱动下，MoS@ZIF-8基光热产水器

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件在室外环境下的日产水量为27.08kgm-2，实现了全天候淡水生成。

(3)以二硫化钼@硫化亚铜(MoS@CuS)为光热转换材料设计被动式光热蒸

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发模块，以聚四氟乙烯球和铜箔作为产电模块，设计了一种具有可组合性、可拆

卸性和可扩展性的新型水电联产器件。MoS@CuS纤维布在1kWm-2光照强度

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下，表面温度高达47.73℃，具有2.17kgm-2h-1的水蒸发速率。此外，该器件

由多层并联单元组成，并联5层纳米摩擦发电层后，输出电压达到了7.19V。在

室外试验中，新型水电联产器件的日产水量为46.91kgm-2，最大输出电压为

2.78V。

关键词：二硫化钼，光热转换，光热蒸发器件，太阳能水蒸发

Abstract

Inrecentyears,thescarcityoffreshwaterresourceshasemergedasapressing

issuetobeaddressedinrecentyears,owingtofactorssuchaspopulationgrowth,

climatechange,andindustrialdevelopment.Traditionalmethodsoffreshw