华为|用于自主太阳能海水淡化的 MXene 涂层膜（一）( 二 ) 智能手机|vivo|OPPO|手机行业

已经对几种光热材料进行了PMD测试，并表现出高脱盐性能。例如，将银纳米粒子(NPs)掺入聚偏二氟乙烯(PVDF)膜中增加了紫外线照射下的蒸气通量。 (162831)同样， Fe3O4 NPs在PVDF-co-六氟丙烯纳米纤维膜上的沉积表现出53%的光热效率和0.97 kg/m2 h的水通量。 Cao等人(2020)使用基于羟基磷灰石的纳米线膜在单日光照下蒸馏水。他们分别获得了0.89 kg/m2 h和62%的蒸汽通量和光热效率。 Said等人(2019)将炭黑纳米颗粒涂覆在商用聚四氟乙烯(PTFE)膜上，产生0.77 kg/m2 h的通量值。氮化钛(TiN)涂层PVDF膜是光热诱导增强MD性能的另一个例子，在单日光照下，太阳能转换效率为64.1% ，蒸汽通量为0.94 kg/m2 h 。除了先前涉及零维和一维(1D)光热材料的研究外，还考虑了用于PMD系统的二维(2D)材料，例如石墨烯。例如，用石墨烯基材料涂覆PTFE膜在单次阳光照射下的蒸汽通量提高了78.6% 。
除了石墨烯之外，年轻的二维过渡金属碳化物/氮化物家族，即MXenes ，由于其独特的光学吸收截面、等离子体行为、可调功函数、多功能表面化学、出色的光热转换而引起了极大的兴趣效率，防污效果和良好的导热性。 (1738-41) MXenes通常是通过从其层状母体MAX相中去除A元素来合成的，即层状三元碳化物或氮化物，其中M是早期过渡金属， X是C、N或两者。它们由通式Mn+1XnTX定义，其中 TX表示表面终止的物质（-F、-OH或-O）。由于其独特的特性， MXene纳米片，特别是 Ti3C2TX ，已被用作MD膜的光热涂层，这得益于纳米片表面明显的表面等离子体(SP)振荡。原则上，当以与这些SP共振的波长照射MXene膜时，由于固有的SP辅助光热转换，跨膜产生的温度梯度会激增。 Ti3C2TX的等离子体诱导光热行为促进了其在PMD工艺中的应用。 (3849-51)例如， Ding等人(2017)报道，在净化含埃文斯蓝的水时， MXene膜的透水性提高了5-10倍，这表明了层状MXene纳米片对透水性的有利影响.尽管MXene涂层膜在太阳能蒸汽产生过程中表现出高效率，但由于附加涂层材料引起的传质阻力增加，蒸汽通量低于原始膜所达到的。最近， Tan等人(2018)报道了MXene在DCMD系统中的光热特性。他们将MXene涂覆在商用PVDF膜上，在5.8 kW/m2的照明下，蒸汽通量和光热效率分别为10 kg/m2 h和43% 。据我们所知，这是唯一使用MXene作为光热材料的报道研究。然而，他们的系统同时依赖于外部整体加热和高太阳辐射下的光热辅助自加热（>典型太阳能的5倍）。因此，为了显着减少MD工艺的占地面积，非常需要开发基于MXene的PMD系统，该系统可以在正常的太阳光照功率下单独使用自热源运行。
在这项研究中，我们制造了具有不同MXene负载的 Ti3C2TX涂层PTFE MD膜。 MXene涂层MD膜在DCMD系统中的性能和局部加热效率受到良好控制的研究，仅由太阳能（单日照射）驱动。此外，还报告了在不同操作条件和给水质量下的详细能量分析、光热效率和淡水生产效率。
2 。材料和方法
2.1 。 MXene合成与制备
Ti3C2TX MXene纳米片的悬浮液是使用由氢氟酸（HF ， VWR Chemicals）、盐酸（HCl ， Sigma-Aldrich）和去离子（DI）水（Millipore ，电阻率为18 MΩ cm）制成的蚀刻浴来合成的，以选择性蚀刻远离母Ti3AlC2 MAX相的Al层。在高密度聚乙烯(HDPE)瓶中，将2 g Ti3AlC2粉末（粒径<40 μm ， Carbon-Ukraine Ltd.）添加到预制的蚀刻剂溶液（20 mL）中，并在40 °C下搅拌16小时。在蚀刻之后，通过几轮离心和倾析，在去离子水中仔细清洗获得的剥离MXene纳米片的悬浮液，直到pH值为ca 。达到了6个。然后使用氯化锂（LiCl ， Sigma-Aldrich）作为插层剂获得分层的MXene纳米片。之后，用去离子水洗涤LiCl插层 Ti3C2TX纳米片的分散体一次，用去离子水-甲醇混合物（各50 vol%）洗涤一次，然后通过离心用甲醇（无水， 99.8% ， Sigma-Aldrich）洗涤两次.最后，收集含有分层的Ti3C2TX纳米片的上清液（在甲醇中）并储存在大约10小时。 -15 °C以供进一步使用。