文獻快訊：CEJ 雙功能CoS?/MoS?織物實現光/電熱協同蒸發與廢熱主動回收

本文為第一作者授權撰文推送，第一作者為潘琦（2023級碩士研究生），通訊作者為東華大學環境學院李方教授。

【成果掠影 & 研究背景】

面對全球水資源短缺問題，太陽能界面蒸發技術因其高效、低成本與環境友好等優勢備受關注。然而，傳統系統中增強的光吸收往往導致殘余熱量積累與能量耗散，形成熱力學瓶頸。為此，東華大學研究團隊開發了一種閉環光-電熱織物系統，通過主動回收廢熱將其轉化為可用電能，進而反饋增強蒸發過程，顯著提升了整體能效。

該系統的核心是一種在碳布上生長的多級結構CoS?/MoS?復合材料。該結構具有高達96.4%的太陽光吸收率，在一太陽光照下，其基礎蒸發速率可達3.10 kg m?2 h?1。通過集成熱電發電機回收廢熱并反饋用于焦耳加熱，蒸發速率進一步提升至3.81 kg m?2 h?1，增強了22.9%。這項工作為高效太陽能蒸發提供了一種將廢熱回收與結構設計相結合的新范式。

【創新點 & 圖文摘要】

創新點：

• 提出了一種創新的閉環光-電熱協同蒸發系統，實現了廢熱到電能再到熱能的主動回收與反饋利用，突破了傳統太陽能蒸發系統的能量利用瓶頸。

• 設計并成功制備了具有多級結構的CoS?/MoS?@碳布復合材料，利用一維Co(OH)?納米線作為模板，原位形成CoS?并抑制二維MoS?納米片的自堆積，構建了豐富的內部空隙，促進了光的多次內反射和散射。

• 該多級結構材料展現出優異的光吸收性能（96.4%）和良好的電導率，為高效光熱轉換和隨后的電熱轉換奠定了基礎。

• 系統利用熱電發電機將蒸發過程中的廢熱溫差高效轉換為電能（例如，一太陽下開路電壓達322 mV，最大輸出功率密度4.50 W m?2），并將此電能實時反饋至蒸發器產生焦耳熱，形成能量利用的增強循環。

• 協同系統在多種鹽度（最高至15 wt%）的水中均保持穩定的高蒸發性能，并具有良好的循環使用穩定性，展示了實際應用的潛力。

• 研究通過拉曼光譜和熱分析揭示了材料表面中間水比例增加，導致了較低的蒸發焓（約2153-2159 kJ kg?1），這進一步降低了蒸發所需能量。

• 整個系統無需外部供電，僅利用太陽能和自身回收能量即可實現性能提升，為開發自持高效的水凈化與海水淡化系統提供了新思路。

摘要圖

圖1：CMCC材料制備流程示意圖及不同階段的SEM形貌圖。

圖2：CMCC材料的元素面分布圖、XPS譜圖（Co 2p， Mo 3d， S 2p）及XRD譜圖。

圖3：原始CC與CMCC的接觸角測試、蒸發焓的TGA測定曲線以及拉曼光譜分析。

圖4：CMCC的光吸收譜、干/濕狀態下不同材料的光熱升溫曲線及蒸發性能對比。

圖5：廢熱回收裝置示意圖、不同光強下的溫度與溫差、熱電轉換設備的輸出電壓電流及功率密度、材料的電化學和電熱性能。

圖6：光-電熱協同蒸發示意圖、不同條件下的蒸發速率對比、水質凈化和循環穩定性測試結果。

【總結 & 原文鏈接】

本研究成功報道了一種用于高效蒸發并主動回收廢熱驅動熱電效應的系統。該系統通過精心設計的多級結構材料實現了高達96.4%的光吸收，并將傳統上耗散的廢熱有效地轉化為高品位電能。創新的閉環設計將此電能實時反饋用于焦耳加熱，在單一太陽光照射下實現了3.81 kg m?2 h?1的高蒸發速率，相比純光熱模式提升22.9%，且在高鹽環境下仍保持穩定性能。這項工作不僅闡明了一種有效的能量協同利用策略，也為開發下一代高效、可持續的太陽能驅動水處理技術提供了重要的材料與系統設計指導。

原文鏈接: https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173134

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