Chem. Eur. J. ：基于喹吖啶酮衍生物的太阳能光热蒸发体材料构筑及水电联产特性研究

近年来，将太阳能界面蒸发技术应用在海水淡化领域受到了人们的广泛关注，其中光热材料扮演着至关重要的角色。科学家们致力于通过光热材料和载体的设计来提高太阳能光热转换效率。目前发现，通过减少热损失、增大空间利用率和回收余热的方式能提高蒸发效率，解决太阳能利用率低的问题。

近日，东北林业大学的贾涛副教授，赵修华教授和陈志俊教授合作，开发了一种二氰基取代的5,12-二丁基喹吖啶酮纤维素纸光热蒸发体（DCN-4CQA@Paper）。由于DCN-4CQA@Paper 不仅具备优异的光/热稳定性，还具有宽光谱吸收和高效光热转换的能力。受此启发，通过DCN-4CQA@Paper 和热电设备的结合，实现了太阳能-蒸汽和太阳能-电力技术的协同耦合，构建了水电联产的一体化装置，为偏远地区的淡水资源和电力供应提供了潜在机会。

图1：DCN-4CQA的光物理特性

首先，通过对DCN-4CQA分子进行的光物理特性分析，作者发现其具有300-800 nm的宽光谱吸收，符合太阳能光热材料的特性（图 1a）。之后，对DCN-4CQA的光热性能进行了评估。结果表明，DCN-4CQA在100 mW cm^-2的模拟太阳光照射下，温度在 5 分钟内可上升至 45 °C，在更高的功率密度下可上升至 57 °C（图 1d，e）。同时，在5个太阳光开关循环下，温度仍能保持在45°C，显示出其良好的光稳定性（图 1f）。这些结果展现出DCN-4CQA优异的光热性能。

图2：DCN-4CQA@Paper的水电联产

最后，作者将DCN-4CQA@Paper 与 TE 模块结合，制成了水蒸发和热电协同耦合的集成装置，真正实现了余热发电（图 2a）。当太阳光照射DCN-4CQA@Paper时，TE 模块的上部通过热量传递获得较高的温度，下部由循环水的冷却产生温差，从而同时实现了水蒸发和热电发电。在100 mW cm^-2的模拟太阳光照射下，水蒸发速率为 ~0.83 kg m^-2 h^-1，最大效率为57.2%（图2c）。此时，TE模块上下温差为4.2℃，获得的最大输出电压为35.73 mV。在更高的模拟太阳光密度下（500 mW cm^-2），TE模块的上下温差达到了13.8℃，对应的最大输出电压高达105 mV（图2d、e）。因此，结果表明，DCN-4CQA@Paper 在太阳能水蒸发过程中产生的余热可以有效地用于协同热电发电，这为偏远地区的淡水资源和电力供应提供了潜在机会。

论文信息：

Developing Flexible Quinacridone Derivatives-Based Photothermal Evaporaters for Solar Steam and Thermoelectric Power Generation

Meihua Shen, Dr. Xinpeng Zhao, Dr. Lu Han, Nanxi Jin, Prof. Song Liu, Prof. Tao Jia,* Prof. Zhijun Chen* and Prof. Xiuhua Zhao*

文章的第一作者是东北林业大学的硕士研究生申美华和博士研究生赵新鹏。

Chemistry – A European Journal

DOI: 10.1002/chem.202104137