废弃PET衍生碳泡沫功能化Cu3SbS4-Sb2S3异质结构实现高效界面太阳能海水淡化

本文创新性地将废弃PET塑料升级再造为碳泡沫（CF），并通过水热法负载Cu3SbS4-Sb2S3异质结构，开发出具有96%宽光谱吸收率的光热蒸发器。该材料在1太阳辐射下蒸发速率达2.82 kg m?2 h?1，盐去除率99%，其亲水性和低热导率（0.113 W m?1 K?1）协同促进界面热局域化，为循环经济理念下的可持续海水淡化提供新策略。

　　

摘要

研究团队通过熔融盐催化法将废弃PET塑料转化为多孔碳泡沫（CF），并创新性地构建Cu₃SbS₄-Sb₂S₃异质结构修饰CF。该复合材料展现出独特的垂直排列纳米片形貌，形成促进水传输的开放通道。光学测试显示其在300-2000 nm波段保持94-96%的高吸收率，显著优于单一Sb₂S₃/CF（48%）和纯CF（68%）。

材料表征

XRD和Rietveld精修证实异质结构中58 wt.% Cu₃SbS₄与42 wt.% Sb₂S₃共存。XPS分析显示Cu 2p_3/2结合能932.0 eV证实硫化铜形成，而Sb 3d_3/2（539.5 eV）表明Sb³⁺价态。TEM观察到0.48 nm晶格条纹对应Cu₃SbS₄（101）晶面，0.503 nm间距匹配Sb₂S₃（020）晶面。

性能优势

光热蒸发实验显示：

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  蒸发速率：Cu₃SbS₄-Sb₂S₃/CF（2.82）> CF（1.58）> Sb₂S₃/CF（1.4）kg m^?2 h^?1

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  表面温度：干态76.4°C（湿态41.4°C），较CF提升11.9%

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  接触角<1秒的超亲水性源于CF中氮/氧官能团

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  5小时稳定性测试仅衰减12.24%，ICP-OES证实99%脱盐率

机制解析

1. 1.

   光热协同：Cu₃SbS₄（0.9 eV窄带隙）弥补Sb₂S₃在近红外的吸收短板

2. 2.

   形貌效应：纳米片阵列增强光捕获和多重散射

3. 3.

   热管理：CF的0.113 W m^?1 K^?1低热导率抑制热耗散

应用前景

该研究实现废弃PET（产率35.95%）到高效蒸发器的升级再造，蒸发效率达94.4%，优于MOF-多孔碳（64.41%）等对比材料。未来可拓展至医疗废水处理、紧急救灾等场景，推动"塑料-水-能源"闭环可持续发展。

（注：全文数据均引自原文实验部分，未添加主观推断）