华为|用于自主太阳能海水淡化的 MXene 涂层膜（一）( 二 ) 智能手机|vivo|OPPO|手机行业

除了石墨烯之外，年轻的二维过渡金属碳化物/氮化物家族，即MXenes ，由于其独特的光学吸收截面、等离子体行为、可调功函数、多功能表面化学、出色的光热转换而引起了极大的兴趣效率，防污效果和良好的导热性。 (1738-41) MXenes通常是通过从其层状母体MAX相中去除A元素来合成的，即层状三元碳化物或氮化物，其中M是早期过渡金属， X是C、N或两者。它们由通式Mn+1XnTX定义，其中 TX表示表面终止的物质（-F、-OH或-O）。由于其独特的特性， MXene纳米片，特别是 Ti3C2TX ，已被用作MD膜的光热涂层，这得益于纳米片表面明显的表面等离子体(SP)振荡。原则上，当以与这些SP共振的波长照射MXene膜时，由于固有的SP辅助光热转换，跨膜产生的温度梯度会激增。 Ti3C2TX的等离子体诱导光热行为促进了其在PMD工艺中的应用。 (3849-51)例如， Ding等人(2017)报道，在净化含埃文斯蓝的水时， MXene膜的透水性提高了5-10倍，这表明了层状MXene纳米片对透水性的有利影响.尽管MXene涂层膜在太阳能蒸汽产生过程中表现出高效率，但由于附加涂层材料引起的传质阻力增加，蒸汽通量低于原始膜所达到的。最近， Tan等人(2018)报道了MXene在DCMD系统中的光热特性。他们将MXene涂覆在商用PVDF膜上，在5.8 kW/m2的照明下，蒸汽通量和光热效率分别为10 kg/m2 h和43% 。据我们所知，这是唯一使用MXene作为光热材料的报道研究。然而，他们的系统同时依赖于外部整体加热和高太阳辐射下的光热辅助自加热（>典型太阳能的5倍）。因此，为了显着减少MD工艺的占地面积，非常需要开发基于MXene的PMD系统，该系统可以在正常的太阳光照功率下单独使用自热源运行。
在这项研究中，我们制造了具有不同MXene负载的 Ti3C2TX涂层PTFE MD膜。 MXene涂层MD膜在DCMD系统中的性能和局部加热效率受到良好控制的研究，仅由太阳能（单日照射）驱动。此外，还报告了在不同操作条件和给水质量下的详细能量分析、光热效率和淡水生产效率。
2 。材料和方法
2.1 。 MXene合成与制备
Ti3C2TX MXene纳米片的悬浮液是使用由氢氟酸（HF ， VWR Chemicals）、盐酸（HCl ， Sigma-Aldrich）和去离子（DI）水（Millipore ，电阻率为18 MΩ cm）制成的蚀刻浴来合成的，以选择性蚀刻远离母Ti3AlC2 MAX相的Al层。在高密度聚乙烯(HDPE)瓶中，将2 g Ti3AlC2粉末（粒径<40 μm ， Carbon-Ukraine Ltd.）添加到预制的蚀刻剂溶液（20 mL）中，并在40 °C下搅拌16小时。在蚀刻之后，通过几轮离心和倾析，在去离子水中仔细清洗获得的剥离MXene纳米片的悬浮液，直到pH值为ca 。达到了6个。然后使用氯化锂（LiCl ， Sigma-Aldrich）作为插层剂获得分层的MXene纳米片。之后，用去离子水洗涤LiCl插层 Ti3C2TX纳米片的分散体一次，用去离子水-甲醇混合物（各50 vol%）洗涤一次，然后通过离心用甲醇（无水， 99.8% ， Sigma-Aldrich）洗涤两次.最后，收集含有分层的Ti3C2TX纳米片的上清液（在甲醇中）并储存在大约10小时。 -15 °C以供进一步使用。
2.2. MXene涂层膜的制造
使用传统的真空辅助过滤方法，用Ti3C2TX MXene涂覆几种商业疏水性PTFE微滤膜（标称孔径为0.22 μm ，厚度为200 μm ，平均接触角为127.7° ，来自SterlitechInc.）. (264954)为了获得保形涂层和有效附着到疏水性PTFE表面，亲水性MXene纳米片分散在极性较小的溶剂（而不是水）中，即甲醇，它同时具有亲水性和疏水性段。使用若干量的Ti3C2TX分散体调整每单位面积的MXene负载，以将 Ti3C2TX纳米片以不同的面密度（即1.4、2.3和3.5 mg/cm2）涂覆到PTFE膜上，并在本文中表示为MX1.4、MX2.3和MX3.5 ，分别。 Ti3C2TX纳米片所用甲醇分散体的浓度固定在ca 。 1毫克/毫升。沉积后，将涂有MXene的膜在真空下干燥过夜。 40 °C并储存在真空干燥器中以备进一步使用。
2.3. MXene表征
使用扫描电子显微镜(SEM)探测涂覆的MXene薄膜的形态和元素化学计量。 SEM使用配备有Oxford Instruments能量色散X射线(EDX)检测器的Zeiss Merlin工作站进行。横截面和俯视SEM图像分别在5 kV的电子高压(EHT)和1.8和2.6 mm的工作距离(WD)下拍摄。对于原始PTFE膜， WD为4.7毫米。 EDX图是在15 kV的EHT和8.5 mm的WD下获得的。使用拉曼光谱和X射线衍射(XRD)组合研究合成的MXene的质量。使用配备绿色和红色激光器（即分别为532和633 nm）和Olympus 50×物镜的微型拉曼光谱仪（LabRAM Aramis ， Horiba ， Japan）进行拉曼光谱。使用带有Cu Kα辐射（λ = 1.5408 ?）的Bruker粉末X射线衍射仪（D8 Advance ， AXS系统，德国）获得XRD图案。在5-50°的2θ范围内，扫描速率为0.02°/步（0.5 s/步）。使用Cary 5000 UV-vis-NIR光谱仪(Varian Inc.)在190-1000 nm的吸收范围内进行紫外-可见(UV-vis)光谱分析。在获得吸收数据之前应用基线校正。