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为解决全球淡水与清洁能源需求问题，研究人员开展二维三明治状 BC/CAL-T 复合膜研究。该膜集成光热蒸发与光催化 CO2还原功能，在太阳能驱动下表现优异，成本低，为相关领域提供新策略。
在全球气候变化与社会快速发展的大背景下，淡水和清洁能源的需求日益增长，这给可持续资源管理带来了巨大挑战。传统获取淡水和能源的方式，要么成本高昂，要么对环境破坏较大，急需新的解决办法。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的可再生能源，成为了科研人员关注的焦点。要是能把太阳能高效地转化为可用的能源，同时实现水的净化，那该多好啊！然而，现实并没有那么顺利。目前，有效利用太阳能光谱同时驱动淡水生产和清洁燃料生成是一大难题。而且，在光催化过程中，粉末状光催化剂容易沉淀在水溶液底部，后续分离回收复杂，增加了操作成本和难度。
为了攻克这些难题，来自国内的研究人员展开了深入研究。他们致力于开发一种新型的材料，能够将太阳能高效利用，同时实现水净化和清洁能源生成。经过不懈努力，研究人员成功设计并制备出一种二维三明治状的 BC/CAL-T 复合膜（BC 为细菌纤维素，CAL-T 为不同煅烧温度下制备的煅烧 CoAl-LDH 纳米片 ，层状双氢氧化物（Layered Double Hydroxides，LDHs）是一类具有类水镁石层状结构的二维材料）。这种复合膜具有光热蒸发和光催化双重功能，在太阳能驱动下表现十分出色，并且成本较低，为应对水资源短缺和气候变化挑战提供了新的策略。该研究成果发表在《Desalination》上。
研究人员在研究过程中，主要采用了以下关键技术方法：首先是通过两步法合成多孔 CAL-T 纳米片，先进行水热反应制备 CoAl-LDH 纳米片，再进行热煅烧处理；然后使用层层沉积策略将 BC 和 CAL-T 复合成膜；最后利用多种表征手段对复合膜的结构和性能进行分析测试 。
下面来详细看看研究结果：
- 复合膜的制备与结构：研究人员通过水热反应，以 Co (NO3)2·6H2O 和 Al (NO3)3·9H2O 为金属前驱体，六亚甲基四胺（HMT）为缓释碱源，在去离子水中反应，制备出 CoAl-LDH 纳米片。随后对其进行热煅烧，得到多孔 CAL-T 纳米片。再通过层层沉积策略，成功制备出 BC/CAL-T 复合膜。
- 光热蒸发性能：在 1 kW?m?2的太阳辐照下，BC/CAL-650 复合膜展现出极高的水蒸发速率，达到 1.36 kg?m?2·h?1 ，超过了大多数已报道的二维蒸发器。这得益于 CAL-T 纳米片的多孔结构和窄带隙（1.37 eV），它们能够增强太阳能吸收和热转换效率，而 BC 作为水传输通道，保证了水分的高效供应。
- 光催化 CO2还原性能：BC/CAL-650 复合膜的 CO 生成速率为 8.78 μmol?g?1·h?1 ，显著优于传统光催化剂。多孔 CAL-T 纳米片促进了电荷的有效分离和传输，使得光催化还原 CO2的反应能够高效进行。
- 稳定性和成本：BC 基质不仅促进了高效的水传输，还赋予复合膜良好的机械稳定性，确保其长期稳定运行。而且，该复合膜的制备成本较低，每片约 0.0041 美元，具有实际应用的潜力。
研究结论表明，二维三明治状 BC/CAL-T 复合膜成功集成了光热蒸发和光催化功能。CoAl2O4尖晶石氧化物（由 CoAl-LDHs 衍生而来）增强了复合膜的太阳能吸收和光热转换效率，多孔 CAL-T 纳米片改善了电荷分离和传输，提升了 CO2还原性能。
这项研究意义重大。它为解决全球淡水和清洁能源短缺问题提供了一种创新的材料和技术方案。这种复合膜成本低、性能高，有望在实际生产中大规模应用，实现太阳能驱动的水净化和太阳能到燃料的转化。同时，该研究建立了一个通用平台，有助于推动下一代混合材料的发展，为缓解水资源短缺和气候变化挑战提供有力支持，也为相关领域的研究开辟了新的方向。
