南京大學(xué)朱嘉教授課題組高效太陽(yáng)能海水淡化研究成果
AAO模板及AAO材料在海水淡化領(lǐng)域也出現(xiàn)了新的創(chuàng)新應(yīng)用，納米材料領(lǐng)域的又一科技創(chuàng)新。麻省理工科技評(píng)論發(fā)布引人矚目的TR35最佳青年科技創(chuàng)新者中，AAO技術(shù)也在其中。下面是南京大學(xué)新聞網(wǎng)的一則新聞。
據(jù)南京大學(xué)新聞網(wǎng)2016年4月26日訊 我校現(xiàn)代工學(xué)院朱嘉教授課題組在高效太陽(yáng)能海水淡化方面取得重要進(jìn)展，相關(guān)研究成果以《3D self-assembly of aluminium nanoparticles for plasmon-enhanced solar desalination》為題發(fā)表于《自然－光子學(xué)》（Nature Photonics）上（DOI: 10.1038/NPHOTON.2016.75）。現(xiàn)代工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院副研究員周林與碩士生譚穎玲為論文的共同第一作者，朱嘉教授是論文的通訊作者，本項(xiàng)研究受到了祝世寧院士的指導(dǎo)與支持。
圖1. 等離激元增強(qiáng)太陽(yáng)能海水淡化的設(shè)計(jì)示意圖
隨著人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展和生活水平的不斷提高，淡水資源形勢(shì)日益嚴(yán)峻，海水淡化作為獲取淡水的有效方法之一，引起廣泛關(guān)注。然而目前傳統(tǒng)的海水淡化裝置消耗大量熱能或電能，碳排放量大、裝置體積龐大，且淡化效率、效果均有待提高。利用太陽(yáng)能光蒸餾的海水淡化技術(shù)低碳環(huán)保，然而多年來(lái)一直受限于較低的光熱轉(zhuǎn)換效率（約為30～45%）而無(wú)法大規(guī)模應(yīng)用。朱嘉課題組在國(guó)際上首次利用等離激元增強(qiáng)效應(yīng)實(shí)現(xiàn)了高效太陽(yáng)能海水淡化（能量傳遞效率約90%，淡化前后鹽度降低4個(gè)數(shù)量級(jí)）。該研究發(fā)現(xiàn)，三維鋁顆粒等離激元黑體材料是實(shí)現(xiàn)高效率太陽(yáng)能海水淡化的絕佳體系，圖1給出鋁顆粒黑體材料用于等離激元增強(qiáng)太陽(yáng)能海水淡化的設(shè)計(jì)示意圖。首先，等離激元鋁黑體材料具有寬太陽(yáng)光譜超高光吸收效率（在400～2500nm寬太陽(yáng)光譜范圍平均吸收效率＞96%），確保了海水淡化過(guò)程中光熱轉(zhuǎn)換效率大大提高；其次，鋁納米顆粒的局域等離激元光學(xué)共振效應(yīng)使得漂浮在水面的緊密排列的鋁顆粒附近區(qū)域產(chǎn)生極高的局部溫度和電磁場(chǎng)增強(qiáng)效應(yīng)，非常有利于快速有效的淡水蒸汽產(chǎn)生，多孔結(jié)構(gòu)又提供了有效的蒸汽逃離通道。最后，鋁顆粒等離激元黑體材料制備采用低成本金屬鋁為唯一原材料，采用了簡(jiǎn)單可規(guī)模化生產(chǎn)的自組裝制備方法（圖2），測(cè)量表明，淡化后的水質(zhì)為優(yōu)于世界衛(wèi)生組織標(biāo)準(zhǔn)的可飲用水，且材料的淡化性能表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性和耐用性，這對(duì)高效率太陽(yáng)能海水淡化技術(shù)的實(shí)用化將產(chǎn)生重要的意義。
圖2. 三維鋁顆粒等離激元黑體自組裝工藝與組裝前后光學(xué)照片對(duì)比圖
該項(xiàng)研究得到了國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究計(jì)劃（青年“973”），國(guó)家自然科學(xué)基金委群體及面上項(xiàng)目，中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)專(zhuān)項(xiàng)資金，江蘇省優(yōu)勢(shì)學(xué)科等項(xiàng)目的資助。