现代工学院朱嘉教授课题组在高效太阳能海水淡化方面取得重要进展,相关研究成果以《3D
self-assembly of aluminium nanoparticles for plasmon-enhanced solar
desalination》为题发表于Nature Photonics上(DOI:
10.1038/NPHOTON.2016.75)。现代工程与应用科学学院副研究员周林与硕士生谭颖玲为论文的共同第一作者,朱嘉教授是论文的通讯作者,本项研究受到了祝世宁院士的指导与支持。

随着人类社会的发展和生活水平的不断提高,淡水资源形势日益严峻,海水淡化作为获取淡水的有效方法之一,引起广泛关注。然而目前传统的海水淡化装置消耗大量热能或电能,碳排放量大、装置体积庞大,且淡化效率、效果均有待提高。利用太阳能光蒸馏的海水淡化技术低碳环保,然而多年来一直受限于较低的光热转换效率而无法大规模应用。朱嘉课题组在国际上首次利用等离激元增强效应实现了高效太阳能海水淡化(能量传递效率~90%,淡化前后盐度降低4个数量级)。该研究发现,三维铝颗粒等离激元黑体材料是实现高效率太阳能海水淡化的绝佳体系,图1给出铝颗粒黑体材料用于等离激元增强太阳能海水淡化的设计示意图。首先,等离激元铝黑体材料具有宽太阳光谱超高光吸收效率(在400-2500nm宽太阳光谱范围平均吸收效率>96%),确保了海水淡化过程中光热转换效率大大提高;其次,铝纳米颗粒的局域等离激元光学共振效应使得漂浮在水面的紧密排列的铝颗粒附近区域产生极高的局部温度和电磁场增强效应,非常有利于快速有效的淡水蒸汽产生,多孔结构又提供了有效的蒸汽逃离通道。最后,铝颗粒等离激元黑体材料制备采用低成本金属铝为唯一原材料,采用了简单可规模化生产的自组装制备方法,且材料的淡化性能表现出良好的稳定性和耐用性,这对高效率太阳能海水淡化技术的实用化将产生重要的意义。

该项研究得到了国家重点基础研究计划(青年“973”),国家自然科学基金委群体及面上项目,中央高校基本科研业务费专项资金,江苏省优势学科等项目的资助。

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Nature Photonics刊登朱嘉教授课题组新型“高效太阳能海水淡化”工作。图1. 等离激元增强太阳能海水淡化的设计示意图

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图2. 三维铝颗粒等离激元黑体自组装工艺与组装前后光学照片对比图

(现代工程与应用科学学院 科学技术处)

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