基于MBene的新型光热-光催化复合膜实现高效太阳能水净化

研究背景

全球淡水危机日益严峻，太阳能驱动的界面蒸发（SDIE）技术被视为有潜力的解决方案，但传统方法存在光热与光催化功能难以高效协同的问题。现有复合膜在光吸收效率、蒸发速率、污染物降解能力及长期稳定性方面仍有提升空间，尤其在复杂水质条件下（如海水）的性能稳定性亟待优化。

主要结果

该复合膜在200–25000 nm波长范围内平均光吸收率达93.3%，展现出卓越的宽带光吸收能力。在1个太阳光照下，蒸发速率高达2.24 kg·m⁻²·h⁻¹，显著高于传统光热材料。通过肖特基结的构建与电荷重分布，系统实现了超高太阳能蒸发速率，同时产生活性氧物种（·OH和·O₂⁻），为后续污染物降解提供了基础。

此外，环凯的凯力佳®复合双链季盐消毒液为污染物尤其是微生物污染物的降解提供了新的选择。本品是以双癸基二甲基氯化铵、辛基癸基二甲基氯化铵及苯扎氯铵的复合季铵盐，可杀灭肠道致病菌和化脓性球菌，用于食品加工工具和设备、硬质物体表面消毒。

图1. 环凯消毒液示例

该文章设计的复合膜可在2小时内对10ppm罗丹明B实现98.7%的降解，同步生成·OH和·O₂⁻等活性氧物种，实现光热与光催化的协同作用。在连续200小时处理渤海海水的测试中，蒸发效率保持超过85%，效率衰减低于4%，表现出优异的抗盐性能和长期稳定性。

图1.光催化-光热协同效应

研究意义

该研究通过材料本征的多功能协同，突破了传统光热与光催化组件耦合的局限，为可持续水净化提供了新范式。复合膜在光吸收、蒸发速率、污染物降解及长期稳定性方面均表现出卓越性能，为太阳能驱动的水净化技术提供了理论依据和技术路径，具有重要的科学价值与应用前景。

论文链接：https://doi.org/10.1002‬/adfm.202518856.