本期分享发表在Chemical Engineering Journal杂志上题目为“3D-printed flower-inspired evaporator for simultaneous solar seawater desalination and hydrogen production”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面蒸发为解决淡水短缺问题提供了一种环保的方法。然而，太阳能蒸发器在实际应用中面临着诸多挑战，需要考虑盐分积累、耐久性和成本等问题。本文，作者将聚多巴胺-BaTiO3/CuPbSbS3 (PDA-BTO/CPSS) 与 3D 打印的 PAAc-PEGDA 花形水凝胶 (FH) 相结合，开发出一种仿生水凝胶蒸发器 (PDA-BTO/CPSS-FH)。得益于独特的发散式供水通道和马兰戈尼效应，所制备的 PDA-BTO/CPSS-FH 蒸发器在 3.5wt% 盐水溶液中，在一次太阳照射下即可达到 2.71kg·m−2·h−1 的惊人蒸发速率，超过了大多数已报道的 3D 打印蒸发器。长期耐久性测试表明，即使在浓度高达7.0wt%的盐水中，蒸发速率也能在超过100小时内保持2.51kg∙m−2∙h−1，且盐的形成仅限于蒸发器的边缘。此外，低成本BTO/CPSS异质结构的压电特性使其光催化活性增强，在收集的淡水中实现了240.96µmol·m−2∙h−1的高产氢速率，在天然海水中实现了226.32µmol·m−2∙h−1的高产氢速率。这项工作提出了一种多功能“一体化”太阳能蒸发器的设计方法，突出了其在淡水和清洁能源生产方面的潜力，并在应对全球水资源和能源挑战方面具有广阔的应用前景。

‍ Part 2 主要图表

图1是3D太阳能蒸发器的制造过程。（a）仿生天然花卉结构设计图解。（b-c）花形PAAc-Zr+-PEGDA水凝胶（b）和PDA-BTO/CPSS-FH蒸发器（c）的制造过程示意图。

图2是（a–b）PAAc-Zr+-PEGDA-n 的压缩应力-应变曲线和压缩模量（误差线表示三次重复实验的标准差）。（c）PAAc-Zr+-PEGDA 在刚度实验中的光学图像。（d）杨氏模量与已报道的最先进的 3D 打印水凝胶的比较。（e–f）PAAc-Zr2+-PEGDA-1（e）和 PAAc-Zr2+-PEGDA-2（f）表面的水接触角图像。

图3是（a–c）3D 打印 FH 的 SEM 图像，（d–e）PDA-FH 的 SEM 图像。（f–i）PDA-BTO/CPSS FH 的 SEM 图像。（j–p）PDA-BTO/CPSS-FH 的 EDS 光谱。（q）FH、PDA-FH 和 PDA-BTO/CPSS FH 的 FTIR 光谱。（r）FH、PDA-FH 和 PDA-BTO/CPSS FH 的 XRD 图案。

图4是（a）FH、PDA-FH 和 PDA-BTO/CPSS-FH 的太阳光吸收光谱。（b）不同蒸发器在干燥状态下的温度变化曲线。（c）1 个太阳光照下各种蒸发器水的质量随时间的变化。（d）不同太阳光照下 PDA-BTO/CPSS-FH 蒸发器水的质量变化。（e）不同太阳光照下 PDA-BTO/CPSS-FH 的蒸发速率和能源效率汇总。（f）不同 3D 打印蒸发器的蒸发速率和能源效率比较。（g-h）PDA-BTO/CPSS-FH 在不同溶液（g）和盐度（h）中的蒸发性能。（i）PDA-BTO/CPSS-FH 的表面温度分布。

图5是（a）PDA-BTO/CPSS-FH在7.0wt%高盐度溶液中的长期蒸发稳定性（误差线表示三次重复实验的标准差）。（b）2024年4月29日记录的实际温度、湿度和光照强度变化曲线。（c）收集水的水质与WHO标准比较。（d）PDA-BTO/CPSS-FH冲刷实验的数码照片。（e）从初始蒸发器测得的蒸发速率，以及冲洗1、3和7天后的蒸发速率（误差线表示五次重复实验的标准差）。

图6是（a）BTO、CPSS、BTO/CPSS、极化BTO/CPSS的产氢速率（误差线表示三次重复实验的标准差）。（b）纯水中产氢速率与文献报道的最先进的催化剂的比较。（c）极化前后BTO/CPSS的瞬态光电流曲线。（d-e）各种催化剂的LSV曲线。（f）极化前后BTO/CPSS的电化学阻抗谱。（g）不同蒸发器的产氢速率（误差线表示三次重复实验的标准差）。（h）PDA-BTO/CPSS-FH在淡水和海水中1太阳照射下随时间变化的光催化产氢速率。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.163629

引用：Li, Jiakai, et al. "3D-printed flower-inspired evaporator for simultaneous solar seawater desalination and hydrogen production." Chemical Engineering Journal (2025): 163629.

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