CN119680578B - 一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料及其制备方法和应用 - Google Patents
一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料及其制备方法和应用Info
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Abstract
本发明公开了一种超薄亲/疏水ZnO‑CuS@CC光热材料及其制备方法和应用，属于光热蒸发器技术领域。该超薄亲/疏水ZnO‑CuS@CC光热材料，包括疏水基底，所述疏水基底的上表面生长超薄ZnO‑CuS亲水层，所述超薄ZnO‑CuS亲水层包括CuS纳米片以及附着在CuS纳米片上的ZnO纳米颗粒，超薄ZnO‑CuS亲水层的表面形成大量微观孔隙和腔室，微观孔隙和腔室的存在构筑光陷阱，ZnO纳米颗粒减小光反射，提高光吸收率。采用上述材料制得的光热蒸发器能够解决现有技术中如何防止盐沉积、有效处理有机污染物以及实现高效蒸发的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于光热蒸发器技术领域，具体涉及一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料及其制备方法和应用。
背景技术
由于全球气候变化、社会发展和人口增长，淡水和能源资源作为支配人类生产生活不可缺少的部分之一，严重短缺。利用清洁能源进行海水淡化可以增加淡水供应，海水约占全球水资源的97％，而供人类消费的淡水仅占2.5％。因此，迫切需要从海水和废水中提取清洁水的技术。与典型传统化石燃料热蒸馏工艺投资成本高、碳排放增加等问题相比，太阳能界面蒸发(SIE)技术通过光热材料将太阳能转化为热能，将热量局限到空气-水界面，有效地抑制热损失，提高水蒸发速率和光热转换效率。因此太阳能驱界面蒸发被认为是一种低成本、环保、可持续的解决水资源短缺问题的技术，在水处理领域中具有良好应用前景。在过去的几年里，SIE在开发先进的光热材料方面取得了实质性进展，如金属等离子体，碳基材料和聚合物等。其中，以碳布为基底的SIE在实际应用中具有巨大的潜力，通过碳布表面纤维进行处理，使其表面含有大量的孔隙有助于增加比表面积的同时进一步提高太阳光吸收效率和水传输性能。
水污染已成为全球环境中最受关注的环境问题，光催化降解可以将多种有机污染物降解成无害的产物(例如，CO2、H2O)已被证明是一种高效、绿色和有前途的污水净化技术。光催化降解是指在有催化剂存在的条件下，催化剂吸收光子，通过链式反应，生成强氧化性/还原性的自由基，导致物质降解的过程。传统粉末状光催化剂使用后较难收集和回收，易造成二次污染。因此，在合适的基底上生长纳米结构光催化剂已经受到广泛关注。
除了利用海水作为蒸发水体获取淡水外，如果能利用太阳界面蒸发对人类日常生活产生的大量废水、工业生产中的高浓度卤水以及含有有毒、有害、难以自然降解的有机污染物的废水进行处理和循环利用，对节约水资源和环境友好具有重要的现实意义。
然而现有的太阳能界面蒸发器在长期使用，或者处理高浓度盐水、高浓度废水的蒸发过程中，由于供水不足或盐离子回流困难使盐离子富集在蒸发器表面形成盐沉积，从而影响蒸发速率和蒸发器的使用寿命。而对于有机污染物，单纯通过太阳能蒸发直接处理有机废水，会使废水中的有机污染物在蒸发后集中，从而导致更严重的污染。因此，开发能够同时实现高效蒸发、卤水收集以及有机污染物降解的具有重要的应用价值。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料及其制备方法和应用，用以解决现有技术中如何防止盐沉积、有效处理有机污染物以及实现高效蒸发的技术问题。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：
本发明提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料，包括疏水基底，所述疏水基底的上表面生长超薄ZnO-CuS亲水层，所述超薄ZnO-CuS亲水层包括CuS纳米片以及附着在CuS纳米片上的ZnO纳米颗粒，超薄ZnO-CuS亲水层的表面形成大量微观孔隙和腔室，微观孔隙和腔室的存在构筑光陷阱，ZnO纳米颗粒减小光反射，提高光吸收率。
在一实施方式中，所述超薄ZnO-CuS亲水层的厚度为300nm±5。
本发明还提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法，包括以下步骤：
制备单面超薄镀铜层的疏水基底；
将氢氧化钠颗粒和硫粉混合于DMF中，加入去离子水，制得黄色混合溶液；
将单面超薄镀铜层的疏水基底浸渍于黄色混合溶液中，单面超薄镀铜层反应生成硫化铜纳米片，后冲洗并干燥，制得生长硫化铜纳米片层的疏水基底；
向生长硫化铜纳米片层的疏水基底中生长硫化铜纳米片层的一面溅射氧化锌，制备ZnO-CuS@CC光热材料。
在一实施方式中，所述疏水基底为疏水碳布。
在一实施方式中，所述制备单面超薄镀铜层的疏水基底的过程，如下：
将清洗后的疏水基底固定到磁控溅射设备上，放入铜靶材，抽真空后通入氩气，预溅射清洁铜靶材表面的氧化物，随后进行5-20min溅射，在疏水碳布上镀铜，制得单面超薄镀铜层的疏水基底。
在一实施方式中，所述单面超薄镀铜层的厚度为80～100nm。
在一实施方式中，所述硫化铜纳米片层的厚度为210～220nm。
在一实施方式中，所述氢氧化钠、硫粉和DMF的用量比为2：1：2，所述DMF与去离子水的体积比为1:15。
在一实施方式中，所述向生长硫化铜纳米片层的疏水基底中生长硫化铜纳米片层的一面溅射氧化锌的过程，如下：
生长硫化铜纳米片的疏水基底的旋转速度为13r/min，采用直流电源溅射Zn靶，通入30sccm-50sccm氩气，15sccm-30sccm氧气，在真空度为0.6Pa条件下启动电源，电流为0.2A-0.3A，溅射功率为40W-80W，Zn靶表面起辉放电，溅射5min-10min。
本发明还提供了一种上述超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料在光热蒸发器中的应用，所述光热蒸发器包括超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料、分别搭设有无尘布的储水池和导出池，所述超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料作为桥梁搭建于储水池和导出池之间并分别与储水池和导出池上搭设的无尘布搭接。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料，采用该材料的光热蒸发器能同时实现高效光热水蒸发和光催化降解有机污染物两种功能，ZnO-CuS异质结作为光催化剂吸收具有足够能量的光，使电子从价带激发到导带，产生电子-空穴对。光生电子和空穴与水、表面羟基和O2反应，产生活性自由基，如羟基自由基(·OH)和超氧自由基(·O2 -)。这些自由基与吸附在催化剂表面的污染物分子发生氧化反应，将污染物氧化分解为CO2、H2O和其他轻质副产物。可应用于海水淡化及废水处理等领域。CuS和ZnO均具有优越的催化性能，将二者结合形成异质结光催化剂对提高了光催化效率具有重要意义。
本发明制备了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料，应用于太阳能蒸发器中，实现高效的光热转换效率和蒸发速率。通过在疏水基底上生长超薄ZnO-CuS亲水层(厚度仅300nm左右)，可以将少量的水限制在蒸发界面形成薄水膜，ZnO-CuS@CC光热材料同时具有良好的光吸收性能，可以将太阳能转化为热能，使热局域到蒸发器表面较薄的水膜上，从而减少热传导损失到大体积水中，使表面达到快速的蒸发，在快速蒸发的驱动下，亲水层表面大量的腔室和孔隙通过毛细作用得到迅速补充，保证水持续供应，实现高效的水蒸发。
本发明制备的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热蒸发器对高浓度卤水的蒸发具有稳定性。通过单向传导方式使其盐离子从储液池快速传导至光热材料表面进行蒸发，ZnO-CuS@CC光热材料表面微孔隙结构促使盐离子快速排出到导出液池中，大量的盐离子排入到导出液池中，使其表面无盐沉积，保证蒸发的快速进行和蒸发器的稳定运行，可以达到卤水浓缩的效果，多次循环最终将实现零液体排放。
附图说明
图1为本发明实施例1制得的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料SEM形貌图；
图2为本发明的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料接触角照片；
图3为本发明的光热蒸发器示意图；
图4为本发明的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热蒸发器的蒸发性能图；
图5为本发明的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热催化性能图。
具体实施方式
为使本领域技术人员可了解本发明的特点及效果，以下谨就说明书及权利要求书中提及的术语及用语进行一般性的说明及定义。除非另有指明，否则文中使用的所有技术及科学上的字词，均为本领域技术人员对于本发明所了解的通常意义，当有冲突情形时，应以本说明书的定义为准。
本文描述和公开的理论或机制，无论是对或错，均不应以任何方式限制本发明的范围，即本发明内容可以在不为任何特定的理论或机制所限制的情况下实施。
本文中，所有以数值范围或百分比范围形式界定的特征如数值、数量、含量与浓度仅是为了简洁及方便。据此，数值范围或百分比范围的描述应视为已涵盖且具体公开所有可能的次级范围及范围内的个别数值(包括整数与分数)。
本文中，若无特别说明，“包含”、“包括”、“含有”、“具有”或类似用语涵盖了“由……组成”和“主要由……组成”的意思，例如“A包含a”涵盖了“A包含a和其他”和“A仅包含a”的意思。
本文中，为使描述简洁，未对各个实施方案或实施例中的各个技术特征的所有可能的组合都进行描述。因此，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，各个实施方案或实施例中的各个技术特征可以进行任意的组合，所有可能的组合都应当认为是本说明书记载的范围。
本发明一方面提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料，包括疏水基底的上表面生长超薄ZnO-CuS亲水层，超薄ZnO-CuS亲水层包括CuS纳米片以及附着在CuS纳米片上的ZnO纳米颗粒，超薄ZnO-CuS亲水层的表面形成大量微观孔隙和腔室，微观孔隙和腔室的存在构筑光陷阱，ZnO纳米颗粒减小光反射，提高光吸收率。
本发明的其一发明点为超薄ZnO-CuS亲水层的厚度约为300nm左右。
首先超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料中的氧化锌和硫化铜均属于半导体材料，单独均可作为光催化剂，将两者结合形成异质结，在异质结界面处，不同材料之间的电荷会发生转移和重排，形成高电子亲和性的“空穴”和低电子亲和性的“电子”。这种电荷分布不均使得异质结处具有催化性质，能够加速化学反应的进行。异质结的晶界处往往含有更多的活性位点，这些位点易于吸附反应物和排放产物，从而提高了催化效率。其次，ZnO的加入可以降低光热材料的反射率，提高光吸收能力。同时氧化锌表面往往会出现许多氧化物基团，如氢氧基团，这些基团可以与水分子发生氢键作用，从而表现出亲水性。因此氧化锌的加入可以增加CuS@CC的亲水性，有助于蒸发过程的水运输。
本发明另一方面提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法，包括以下步骤：
制得镀铜层厚度为80～100nm的单面超薄镀铜层的疏水基底；
具体的制得单面超薄镀铜层的疏水基底的过程，如下：将清洗后的疏水基底固定到磁控溅射设备上，放入铜靶材，抽真空后通入氩气，预溅射清洁铜靶材表面的氧化物，随后进行5-20min溅射，在疏水碳布上镀铜，制得单面超薄镀铜层的疏水基底。
将氢氧化钠和硫粉混合于DMF中，加入去离子水，制得黄色混合溶液。具体的，氢氧化钠、硫粉和DMF的用量比为2：1：2，DMF与去离子水的体积比为1:15。
将单面超薄镀铜层的疏水基底浸渍于黄色混合溶液中，单面超薄镀铜层反应生成硫化铜纳米片，后冲洗并干燥，制得生长硫化铜纳米片层的疏水基底，其中，硫化铜纳米片层的厚度为210～220nm。
向生长硫化铜纳米片层的疏水基底中生长硫化铜纳米片层的该面溅射氧化锌，制得ZnO-CuS@CC光热材料。具体的，生长硫化铜纳米片层的疏水基底的旋转速度为13r/min，采用直流电源溅射Zn靶，通入30-50sccm氩气，15-30sccm氧气，在真空度为0.6Pa条件下启动电源，电流为0.2-0.3A，溅射功率为40 -80W，Zn靶表面起辉放电，溅射5-10min。
本发明在另一方面提供了一种光热蒸发器，该光热蒸发器包括超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料、分别搭设有无尘布的储水池和导出池，所述超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料作为桥梁搭建于储水池和导出池之间分别与储水池和导出池上搭设的无尘布搭接。
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。
下列实施例中使用本领域常规的仪器设备。下列实施例中未注明具体条件的实验方法，通常按照常规条件，或按照制造厂商所建议的条件。下列实施例中使用各种原料，除非另作说明，都使用常规市售产品，其规格为本领域常规规格。在本发明的说明书以及下述实施例中，如没有特别说明，“％”都表示重量百分比，“份”都表示重量份，比例都表示重量比。
实施例1
本实施例提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料及其制备方法，以下是ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法：
步骤一：首先将疏水碳布(尺寸为10cm×10cm)超声清洗，除去表面的杂质和污染物。
步骤二：将上述清洗干净的疏水碳布固定到磁控溅射设备的工作台上，关闭挡板，放入纯度为99.99％的铜靶材，抽真空到1.8×10-3Pa，通入50sccm氩气，打开直流电源，设置电流为0.2A，功率为80W，Cu靶表面起辉放电，轰击5min，清除铜靶表面的氧化物。设置工作台的旋转速度为9r/min之后打开挡板，溅射5min，获得单面超薄镀铜层的疏水碳布。
步骤三：量取DMF 0.5mL于烧杯中，随后称取0.5g氢氧化钠和0.2g硫粉于含有DMF的烧杯中，加入20mL去离子水，50℃下加热搅拌20min，获得黄色混合溶液。
步骤四：待溶液冷却至室温后将沉积单面超薄镀铜层的疏水碳布浸渍到溶液中，反应1-2s，含有镀层的一面迅速变黑，生成硫化铜纳米片，之后用丙醇和去离子水冲洗表面，放入干燥箱60℃条件下干燥6h。
步骤五：将生长硫化铜纳米片层的疏水碳布继续利用磁控溅射设备溅射氧化锌，采用纯度为99.99％的Zn靶，生长硫化铜纳米片层的疏水碳布旋转速度为13r/min，采用直流电源溅射Zn靶，通入50sccm氩气，30sccm氧气，在真空度为0.6Pa条件下启动电源，电流为0.2A，溅射功率为40W，Zn靶表面起辉放电，溅射时间为10min。
经以上5个步骤后，制得ZnO-CuS@CC光热材料。
该光热材料的上表面生长了CuS纳米片和ZnO纳米颗粒，具有良好的润湿性能，下表面仍保持疏水状态。
本实施例提供了一种采用上述材料的太阳能蒸发器，该太阳能蒸发器包括ZnO-CuS@CC光热材料和无尘布，将ZnO-CuS@CC光热材料(尺寸为3×2cm)作为桥梁搭建到装满溶液的储水池和导出池之间，两边搭载相同宽度的无尘布用来供水和导出水，形成单向流动式蒸发器。
实施例2
本实施例提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料及其制备方法，以下是ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法：
步骤一：首先将疏水碳布(尺寸为10cm×10cm)超声清洗，除去表面的杂质和污染物。
步骤二：将上述清洗干净的疏水碳布固定到磁控溅射设备的工作台上，关闭挡板，放入纯度为99.99％的铜靶材，抽真空到1.8×10-3Pa，通入50sccm氩气，打开直流电源，设置电流为0.2A，功率为80W，Cu靶表面起辉放电，轰击5min，清除铜靶表面的氧化物。设置工作台的旋转速度为9r/min之后打开挡板，溅射10min，获得单面超薄镀铜层的疏水碳布。
步骤三：量取DMF 0.5mL于烧杯中，随后称取0.5g氢氧化钠和0.2g硫粉于含有DMF的烧杯中，加入20mL去离子水，50℃下加热搅拌20min，获得黄色混合溶液。
步骤四：待溶液冷却至室温后将沉积单面超薄镀铜层的疏水碳布浸渍到溶液中，反应1-2s，含有镀层的一面迅速变黑，生成硫化铜纳米片，之后用丙醇和去离子水冲洗表面，放入干燥箱60℃条件下干燥6h。
步骤五：将生长硫化铜纳米片层的疏水碳布继续利用磁控溅射设备溅射氧化锌，采用纯度为99.99％的Zn靶，生长硫化铜纳米片层的疏水碳布旋转速度为13r/min，采用直流电源溅射Zn靶，通入30sccm氩气，15sccm氧气，在真空度为0.6Pa条件下启动电源，电流为0.3A，溅射功率为80W，Zn靶表面起辉放电，溅射时间为5min。
经以上5个步骤后，制得ZnO-CuS@CC光热材料。
该光热材料的上表面生长了CuS纳米片和ZnO纳米颗粒，具有良好的润湿性能，下表面仍保持疏水状态。
本实施例提供了一种采用上述材料的太阳能蒸发器，该太阳能蒸发器包括ZnO-CuS@CC光热材料和无尘布，将ZnO-CuS@CC光热材料(尺寸为3×2cm)作为桥梁搭建到装满溶液的储水池和导出池之间，两边搭载相同宽度的无尘布用来供水和导出水，形成单向流动式蒸发器。
实施例3
本实施例提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料及其制备方法，以下是ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法：
步骤一：首先将疏水碳布(尺寸为10cm×10cm)超声清洗，除去表面的杂质和污染物。
步骤二：将上述清洗干净的疏水碳布固定到磁控溅射设备的工作台上，关闭挡板，放入纯度为99.99％的铜靶材，抽真空到1.8×10-3Pa，通入50sccm氩气，打开直流电源，设置电流为0.2A，功率为80W，Cu靶表面起辉放电，轰击5min，清除铜靶表面的氧化物。设置工作台的旋转速度为9r/min之后打开挡板，溅射15min，获得单面超薄镀铜层的疏水碳布。
步骤三：量取DMF 0.5mL于烧杯中，随后称取0.5g氢氧化钠和0.2g硫粉于含有DMF的烧杯中，加入20mL去离子水，50℃下加热搅拌20min，获得黄色混合溶液。
步骤四：待溶液冷却至室温后将沉积单面超薄镀铜层的疏水碳布浸渍到溶液中，反应1-2s，含有镀层的一面迅速变黑，生成硫化铜纳米片，之后用丙醇和去离子水冲洗表面，放入干燥箱60℃条件下干燥6h。
步骤五：将生长硫化铜纳米片层的疏水碳布继续利用磁控溅射设备溅射氧化锌，采用纯度为99.99％的Zn靶，生长硫化铜纳米片层的疏水碳布旋转速度为13r/min，采用直流电源溅射Zn靶，通入50sccm氩气，30sccm氧气，在真空度为0.6Pa条件下启动电源，电流为0.2A，溅射功率为40W，Zn靶表面起辉放电，溅射时间为5min。
经以上5个步骤后，制得ZnO-CuS@CC光热材料。
该光热材料的上表面生长了CuS纳米片和ZnO纳米颗粒，具有良好的润湿性能，下表面仍保持疏水状态。
本实施例提供了一种采用上述材料的太阳能蒸发器，该太阳能蒸发器包括ZnO-CuS@CC光热材料和无尘布，将ZnO-CuS@CC光热材料(尺寸为3×2cm)作为桥梁搭建到装满溶液的储水池和导出池之间，两边搭载相同宽度的无尘布用来供水和导出水，形成单向流动式蒸发器。
实施例4
本实施例提供了一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料及其制备方法，以下是ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法：
步骤一：首先将疏水碳布(尺寸为10cm×10cm)超声清洗，除去表面的杂质和污染物。
步骤二：将上述清洗干净的疏水碳布固定到磁控溅射设备的工作台上，关闭挡板，放入纯度为99.99％的铜靶材，抽真空到1.8×10-3Pa，通入50sccm氩气，打开直流电源，设置电流为0.2A，功率为80W，Cu靶表面起辉放电，轰击5min，清除铜靶表面的氧化物。设置工作台的旋转速度为9r/min之后打开挡板，溅射20min，获得单面超薄镀铜层的疏水碳布。
步骤三：量取DMF 0.5mL于烧杯中,随后称取0.5g氢氧化钠和0.2g硫粉于含有DMF的烧杯中，加入20mL去离子水，50℃下加热搅拌20min，获得黄色混合溶液。
步骤四：待溶液冷却至室温后将沉积单面超薄镀铜层的疏水碳布浸渍到溶液中，反应1-2s，含有镀层的一面迅速变黑，生成硫化铜纳米片，之后用丙醇和去离子水冲洗表面，放入干燥箱60℃条件下干燥6h。
步骤五：将生长硫化铜纳米片层的疏水碳布继续利用磁控溅射设备溅射氧化锌，采用纯度为99.99％的Zn靶，生长硫化铜纳米片层的疏水碳布旋转速度为13r/min，采用直流电源溅射Zn靶，通入50sccm氩气，30sccm氧气，在真空度为0.6Pa条件下启动电源，电流为0.2A，溅射功率为40W，Zn靶表面起辉放电，溅射时间为10min。
经以上5个步骤后，制得ZnO-CuS@CC光热材料。
该光热材料的上表面生长了CuS纳米片和ZnO纳米颗粒，具有良好的润湿性能，下表面仍保持疏水状态。
本实施例提供了一种采用上述材料的太阳能蒸发器，该太阳能蒸发器包括ZnO-CuS@CC光热材料和无尘布，将ZnO-CuS@CC光热材料(尺寸为3×2cm)作为桥梁搭建到装满溶液的储水池和导出池之间，两边搭载相同宽度的无尘布用来供水和导出水，形成单向流动式蒸发器。
图1为本发明实施例1制备的ZnO-CuS@CC光热材料的SEM表面形貌及EDS能谱。如图a所示，原始疏水碳布纤维表面光滑，直径约为8μm，通过磁控溅射镀Cu(纤维表面铜层厚度在80-100nm之间，如图e所示)和氧化还原法，使碳布纤维表面生长出大量硫化铜纳米片(图b)，表面形成大量微观孔隙和腔室，其厚度在210nm左右(图f)这些孔隙和腔室的存在构筑了光陷阱，显著提高了光吸收特性，之后通过磁控溅射锌在硫化铜纳米片表面附着大量ZnO纳米颗粒，生成ZnO-CuS@CC光热材料(图c，插图为局部放大图)，表面的ZnO-CuS形成超薄的亲水层，厚度仅在300nm附近(图g)，有利于在表面形成薄水膜，加快毛细水的扩散和溶质的传输，ZnO纳米颗粒可以减少光反射，进一步提高材料的光吸收性能，图d所示的EDS能谱显示该光热材料中存在Zn、Cu、O、S等元素，进一步证明了ZnO-CuS@CC光热材料的成功制备。
图2为超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的水接触角测试图。由图可知，在ZnO-CuS@CC光热材料的上下表面分别滴加50μL水珠，生长ZnO-CuS纳米材料的亲水层经过0.2s后完全吸收，而未处理的底层碳布仍保持疏水性。证明所得的ZnO-CuS@CC光热材料具有上层亲水下层疏水的润湿性能，成功制备超薄亲/疏ZnO-CuS@CC光热材料。
图3为ZnO-CuS@CC光热材料用于催化和蒸发的示意图。受两端液面及太阳能界面蒸发的驱动，溶液可以通过无尘布的毛细作用从存储液池泵至ZnO-CuS@CC光热材料表面，在ZnO-CuS@CC光热材料形成薄水膜并继续利用无尘布将溶液传递至另一侧的导出液池。在这个单向传导的过程中可以实现卤水的蒸发、浓缩和有机污染物的光催化降解。
图4为ZnO-CuS@CC光热蒸发器在15％浓盐水中的蒸发速率和质量损失。由图可知，在一个太阳光辐射下，超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热蒸发器对于单向传导的15wt％NaCl溶液的平均蒸发速率为2.47kg m-2·h-1，表明ZnO-CuS@CC光热蒸发器具有良好光热转换性能和水传输性能，与此同时，其蒸发速率在2小时内仅发生小范围波动，没有下降趋势，表明ZnO-CuS@CC光热材料表面无盐结晶产生，进一步证明蒸发器对高浓度卤水的蒸发具有稳定性和持久性。
图5为ZnO-CuS@CC光热蒸发器对有机污染物的光催化降解性能。ZnO-CuS@CC光热材料表面在p型半导体CuS纳米片上附着n型半导体ZnO颗粒，形成ZnO-CuS异质结构，对罗丹明B(RhB)的降解具有较好的光催化活性。由图可知，ZnO-CuS@CC光热蒸发器可以同时实现对浓度为10mg/L RhB有机污染物的蒸发和光催化降解。达到吸附解析后的蒸发器经过五个循环的蒸发和光催化可以对RhB溶液实现85％以上的降解效率，展现出良好的蒸发协同光催化降解有机污染物的双重功能。
以上内容仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明权利要求书的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料，其特征在于，包括疏水基底，所述疏水基底为疏水碳布CC，所述疏水基底的上表面生长超薄ZnO-CuS亲水层，所述超薄ZnO-CuS亲水层包括CuS纳米片以及附着在CuS纳米片上的ZnO纳米颗粒，超薄ZnO-CuS亲水层的表面形成大量微观孔隙和腔室，微观孔隙和腔室的存在构筑光陷阱；所述超薄ZnO-CuS亲水层的厚度为300nm±5nm。
2.一种如权利要求1所述的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
制备单面超薄镀铜层的疏水基底；
将氢氧化钠颗粒和硫粉混合于DMF中，加入去离子水，制得黄色混合溶液；
将单面超薄镀铜层的疏水基底浸渍于黄色混合溶液中，单面超薄镀铜层反应生成硫化铜纳米片，后冲洗并干燥，制得生长硫化铜纳米片层的疏水基底；
向生长硫化铜纳米片层的疏水基底中生长硫化铜纳米片层的一面溅射氧化锌，制备ZnO-CuS@CC光热材料。
3.根据权利要求2所述的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法，其特征在于，所述制备单面超薄镀铜层的疏水基底的过程，如下：
将清洗后的疏水基底固定到磁控溅射设备上，放入铜靶材，抽真空后通入氩气，预溅射清洁铜靶材表面的氧化物，随后进行5-20 min溅射，在疏水碳布上镀铜，制备单面超薄镀铜层的疏水基底。
4.根据权利要求2所述的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法，其特征在于，所述单面超薄镀铜层的厚度为80~100nm。
5.根据权利要求2所述的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法，其特征在于，所述硫化铜纳米片层的厚度为210~220nm。
6.根据权利要求2所述的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法，其特征在于，所述氢氧化钠、硫粉和DMF的用量比为2g：1g：2mL，所述DMF与去离子水的体积比为1:15。
7.根据权利要求2所述的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料的制备方法，其特征在于，所述向生长硫化铜纳米片层的疏水基底中生长硫化铜纳米片层的一面溅射氧化锌的过程，如下：
生长硫化铜纳米片层的疏水基底的旋转速度为13r/min，采用直流电源溅射Zn靶，通入30sccm-50sccm氩气，15sccm-30sccm氧气，在真空度为0.6Pa条件下启动电源，电流为0.2A-0.3A，溅射功率为40W-80W，Zn靶表面起辉放电，溅射5min-10min。
8.一种如权利要求1所述的超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料在光热蒸发器中的应用，其特征在于，所述光热蒸发器包括超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料、分别搭设有无尘布的储水池和导出池，所述超薄亲/疏水ZnO-CuS@CC光热材料作为桥梁搭建于储水池和导出池之间并分别与储水池和导出池上搭设的无尘布搭接。
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