近年來，材料學界在光熱材料的研究中不斷取得新進展，但單組分材料有限的光熱轉換效率，還遠不能滿足實際需要。記者7日從云南大學和云南省科技廳了解到，云南省微納材料與技術重點實驗室近期利用化學方法，將貴金屬、半導體和碳基材料復合，得到一種新的具有超高海水淡化和發電性能的復合光熱材料。
基于三元復合材料的協同光熱水蒸發過程示意圖。(圖片來源：Nano Energy官網)
目前，全世界能源的消耗主要以煤、石油和天然氣為主，由此帶來的化石能源枯竭和使用化石燃料造成的環境污染，持續困擾著人類。同時，為緩解淡水資源的短缺和能源危機，人們對海水淡化和發電給予了極大的關注。因此，通過更好的設計和調控，制備出具有更高光熱轉換效率的復合材料是研究的熱點。
在云南省基礎研究計劃項目和國家自然科學基金支持下，云南大學萬艷芬、楊鵬等人受珊瑚結構高吸光性能的啟發，設計并制備了一種新型的復合材料，包括具有等離子體效應的金(Au)納米錐、鉬酸鉍(Bi2MoO6)半導體和生物質碳點(CDs)三種組分，首次合成珊瑚狀的Au@Bi2MoO6-CDs異質結構，實現在3D的鉬酸鉍內部包裹金納米錐，并在鉬酸鉍外部吸附大量碳點。尤其是金納米錐的加入，電子由鉬酸鉍轉移到金錐表面，極大地增強了材料的光熱性能。研究成果發表在國際知名期刊《納米能源》(Nano Energy)上。
據介紹，這種三元復合材料實現了有效電荷轉移，有利于“光生電子-空穴對”的形成，提高了材料光熱轉換效率。同時，材料表面的孔洞結構為收集太陽光提供了眾多位點，通過孔洞對光的多級反射，實現了70%的光吸收率。經光熱性能測試，發現其具有超高光熱性能，在一個太陽光下的光熱轉換效率達到97.1%，水蒸發率達每平米小時1.69千克。
此外，將復合材料沉積在商用溫差發電片上，可制成太陽能溫差發電器件。結果顯示，該器件具有增強的熱電性能，其輸出功率高達每平方厘米97.4 微瓦。這為高效光熱轉換材料的研究提供了重要實驗依據，同時也為海水淡化和新能源器件及系統研發帶來新思路。
