La scarsità globale di acqua potabile è un grave problema per gli esseri umani. La purificazione dell'acqua consuma una grande quantità di energia fossile e genera inquinamento secondario.

L'evaporazione interfacciale solare-termica è stata considerata la strategia più promettente per affrontare questo problema. Tuttavia, lo sviluppo di un materiale ottimizzato che offra sia un'efficiente conversione solare-vapore che una buona tolleranza ambientale rimane ancora impegnativo.

I ricercatori dell'Istituto di ingegneria di processo (IPE) dell'Accademia cinese delle scienze hanno sviluppato un Ta₂ amorfo ultra stabile O₅ /C nanocomposito con una struttura cava multishell (HoMS) per l'evaporazione solare, che può migliorare l'efficienza della purificazione dell'acqua.

Lo studio è stato pubblicato in Materiali avanzati il 29 ottobre.

"Il preciso controllo atomico e della composizione nell'elemento costitutivo di HoMS realizza una struttura di bandgap indiretta con abbondanti stati energetici attorno al livello di Fermi, che migliora il rilassamento non radiativo per facilitare la conversione fototermica", ha affermato il prof. Wang Dan, l'autore corrispondente dello studio, "L'esclusiva struttura multishell cava può migliorare in modo efficiente l'assorbimento della luce come un corpo nero".

HoMS riduce l'energia richiesta per l'evaporazione dell'acqua. I risultati della simulazione mostrano che HoMS stabilisce un gradiente di campo termico, fornendo così la forza trainante per l'evaporazione del vapore.

"HoMS avvantaggia anche il trasporto dell'acqua", ha affermato Wang, "Le cavità confinate in HoMS promuovono la diffusione dell'acqua liquida a causa dell'effetto di pompaggio capillare e i nanopori in HoMS inducono le molecole d'acqua ad evaporare sotto forma di cluster, consentendo così l'evaporazione con meno entalpia ."

Con fotoassorbimento e conversione fototermica altamente efficienti, una velocità di evaporazione super veloce di 4,02 kg m ^-2 h ^-1 è stato raggiunto. La velocità di evaporazione è cambiata appena dopo 30 giorni e senza accumulo di sale, indicando una stabilità a lungo termine.

In particolare, la concentrazione di pseudovirus SC2-P potrebbe essere ridotta di sei ordini di grandezza dopo l'evaporazione.

Questo Ta₂ amorfo O₅ /C composito è prontamente fabbricato, trasportato, immagazzinato e riciclato. Può essere applicato alla depurazione dell'acqua di mare, o all'acqua contenente metalli pesanti o batteri, ottenendo acqua potabile che soddisfa gli standard dell'Organizzazione Mondiale della Sanità.

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