绪论
- 引言
随着社会经济的快速发展和能源的急剧消耗，淡水资源匮乏成为人类面临的严峻问题。目前，发展较为成熟的蒸馏淡化和反渗透技术已在世界各地广泛应用，但是它们存在着能源消耗大、维护成本高等缺点。因此，可再生清洁能源的开发和利用刻不容缓。太阳能作为一种取之不尽、用之不竭的清洁能源，太阳能是指太阳辐射能，来源于其内部氢原子发生核聚变所产生的巨大核能，广义上的太阳能是地球上多种能量的来源，可以被转化为多种形式加以利用，对清洁太阳能的利用主要有光电转换、光热转换、光化学转换及光-生物转换等方式。
光电转换的主要装置就是太阳能电池，利用光发生伏特反应，通过半导体材料将辐射转换为电能。该技术广泛的应用在各种国家、地貌、气候等。光伏发电具有稳定、简便的优点，但其转换率低于30。[9]
光化学转换是通过太阳吸收器捕获阳光以激发载流子，使它们迁移并与目标分子发生反应的方式。在直接化学品、燃料生产和污染环境恢复方面有较大作用。它的商业可行性受到一些主要挑战的阻碍，包括但不限于有限的紫外可见太阳光吸收和缓慢的电荷转移动力学。
光热转换技术是将入射的太阳光收集起来并通过物质间的相互作用转换为热的方式。太阳能光热海水淡化技术利用清洁的太阳能对充足的海水资源进行淡化处理，同时具备着低成本、低能耗和环保等多方面的优势，为绿色、环保地解决淡水资源的不足提供可行的技术方案。相较其他利用方式，太阳能光热利用能量转换效率高，应用范围广，是目前发展最为成熟的太阳能利用形式。
- Mxene基材料
MXene是新型二维纳米材料，已经证实了其作为太阳能吸收器的应用前景，[1]材料来源于MAX相，或层状六方碳化物和氮化物，其中A是A组元素，通常是铝或镓。MXene是通过从MAX相中刻蚀这种A组元素制备成的，可以用一般公式Mn 1XnTx来定义，其中M表示早期过渡金属，X是碳或氮，T表示表面终止基团(-O、-OH和/或-F)，x表示功能终止基团的数目。[5]已经由其独特的结构证明了内部光热转换效率接近100，[2]且在广泛的波长范围内具有较高的光吸收。MXene纳米片表面过多的亲水性末端基团增强了它们的润湿性，从而使水在其亲水性表面上快速传输。[3]在18年已经有相关报道报道了MXene基光热材料作为太阳能海水淡化应用中的太阳能吸收剂的前景。[4]然而，MXene基材料仍然受到固有的不良特性的困扰，包括高导热率、适度的宽带光反射、及其容易氧化的倾向。该趋势限制了用于太阳能蒸汽产生的MXene基材料的太阳能到热转换效率。采取了多种措施来解决上述问题，包括引入分层皱缩结构、微孔结构、和Janus结构。然而，即使引入这些不同的结构，MXene基太阳能吸收器的太阳热转换效率仍然有限。
Mxene基二维材料具有良好的导电性、较大的比表面积、可化学接枝官能团以及对厚度、结构进行调控等优势特征，在很多领域展现出了巨大的潜力。例如，储能、吸附、催化、传感器、导电填充剂和新型聚合物增强基复合材料等应用领域。
- 多孔光热转换材料与气凝胶
多孔的光热转换材料具有非常高的比表面积，并且多孔结构可使入射光在孔洞里经过多次反射和折射，以此降低材料反射率、增加吸收率。通过调控孔径的大小和孔隙率等结构参数还可以改变材料的光吸收率和吸收波段。[6]同时，多孔结构可有效降低材料热导，减少传导热损失，进而提高材料温度。光热转换材料的多孔结构是相对于光滑致密的结构而言的，并不仅仅限于孔洞结构，也指具有超高孔隙率的疏松结构，例如纳米管、空心球、金属泡沫等结构。
由于多孔光热转换材料可有效提高材料吸光性能，降低热导率，并且丰富的空隙结构也可作为水和药物的传输通道，而在光热诊疗和光热蒸发水方面受到广泛的重视。尤其是近年来，关于多孔光热转换材料的研究取得了很大的进展。该研究的多孔光热试剂主要有金纳米结构，金纳米笼、金纳米壳等，碳纳米管，石墨烯等。
利用激光刻蚀技术，在Ti、W、Cu金属表面制备了多孔微纳结构阵列，[13层状结构的同样具有光热效应，在一个标准太阳光下的蒸发效率达到84。[12]报道称一种木纤维和石墨烯的复合材料，他们巧妙地利用了木材中水横向运输的纳米通道，为吸光材料石墨烯快速提供水体。经过测试，石墨烯在整个太阳光谱范围内表现出良好的吸光性能，并且由于材料本身热导率极低，可有效减少传导热损耗。在一个太阳光的照射下，该材料的光热转换效率为80。[14]
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