DOI: 10.1016/j.carbon.2021.02.081

界面太阳能蒸汽发电是一种高效、环保的清洁水生产技术。然而，制备一种全方位集光、高蒸发率、兼具催化和抗菌性能的蒸发器仍然是一项巨大的挑战。在此，研究者采用溶液静电纺丝技术制备出Ag纳米颗粒修饰MXene纳米片/聚丙烯腈（Ag@MXene/PAN）纳米纤维基蒸发器，用于高效、多功能和全向太阳能蒸汽发电。Ag纳米颗粒和MXene纳米片的结合不仅增强了宽带光的吸收和热量的产生，而且有助于获得良好的催化和抗菌性能。此外，Ag@MXene/PAN纳米纤维膜的柔性和可折叠性使3D精细结构蒸发器具有更大的蒸发表面积和优化的光吸收率。为了概念验证，研究者构建了基于Ag@MXene/PAN纳米纤维的折纸式蒸发器，该蒸发器在从30度到150度的宽入射角范围内显示出相对稳定的蒸发速率。在1个太阳光照下，最大蒸发速率达到2.08 kg m-2 h-1，远远优于现有的溶液-电纺纳米纤维基蒸发器。本研究所设计的纳米纤维基蒸发器具有柔性结构、优良的性能、集多功能于一体等特点，在实际清洁水生产中具有广阔的应用前景。

图1.Ag@MXene/PAN纳米纤维膜的制备示意图。

图2.（a）纯PAN纳米纤维膜，（b）MXene/PAN纳米纤维膜和（c）Ag@MXene/PAN纳米纤维膜的SEM图像。（d）直径约4cm的纯PAN纳米纤维膜，MXene/PAN纳米纤维膜和Ag@MXene/PAN纳米纤维膜的光学图像。（e）Ag@MXene/PAN纳米纤维的TEM图像，（f）Ag@MXene/PAN纳米纤维膜的EDS映射图像。

图3.（a）在300至2500nm波长范围内的UV-vis-NIR吸收光谱；（b）干湿状态下的红外热像图，左侧为PAN纳米纤维膜，中间为MXene/PAN纳米纤维膜，右侧为Ag@MXene/PAN纳米纤维膜；（c）Ag纳米颗粒与MXene纳米片之间协同作用的示意图；（d）所制备纳米纤维膜的蒸发速率和太阳与蒸汽的转化效率。上述MXene/PAN和Ag@MXene/PAN纳米纤维膜中光热材料的重量比为8wt％，Ag和MXene的重量比为1:4。（e）Ag@MXene/PAN纳米纤维膜蒸发速率随循环次数的变化。

图4.（a）Ag@MXene/PAN纳米纤维膜用于多功能太阳能蒸汽发电的示意图，用Ag@MXene/PAN纳米纤维膜催化还原（b）2-NA和（c）4-NP的UV-vis光谱，（d）生长大肠杆菌的琼脂平板暴露于Ag@MXene/PAN纳米纤维膜0h、12h、18h和24h的数字图像。

图5.（a）不同太阳光入射角度下的3D折纸式结构示意图；（b）在不同太阳光入射角下，所制备Ag@MXene/PAN纳米纤维基折纸式蒸发器的蒸发速率，插图为所制备折纸式蒸发器的光学图像。（c）太阳光直射下，不同日照强度下水体的水质变化，（d）比较溶液-电纺纳米纤维基太阳能蒸汽发电机与现有Ag@MXene/PAN纳米纤维基折纸式蒸发器在1个太阳下的太阳能蒸发率。