[发明专利]一种空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料及其制备方法和应用

说明书

本申请公开了一种空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料及其制备方法和应用，属于太阳能综合利用领域。所述空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料具有空心结构，其粒径分布为50～300nm，并且其中Al元素与Ti元素的摩尔比Al/(Al+Ti)为0.4～0.7:1。该太阳光吸收材料通过包括以下步骤的方法制备：将含有铝、TiO₂和AlCl₃的原料在不低于600℃的温度下煅烧，并将煅烧后产物经盐酸洗涤。本申请的空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料具有高效光吸收和高效光热转化率，其制备方法的原材料廉价，方法简易、环保。本申请的空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料以及由其制备的多孔薄膜可应用于高效光热海水脱盐。

技术领域

本申请涉及一种空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料及其制备方法和应用，特别涉及光热转化过程，并将光热转化过程应用于高盐度水脱盐，属于太阳能综合利用领域。

背景技术

众所周知，太阳能是世界上取之不尽和可持续利用的清洁能源，如何高效获取和转换太阳能是人们面临的一大挑战。目前，人们提出了多种方法试图来收获和转换太阳能，包括光伏发电、人工光合作用和光热转化等。其中，光热转化是获取太阳能的有效形式之一。光热转化引起水蒸发更是太阳能应用重要的一个方面。

随着工业化发展、城镇化和人口增长，淡水危机已经成为了人们面临的最棘手的问题之一。目前，人们发展了各种各样的海水淡化技术以应对日益严峻的淡水资源短缺危机，如反渗透脱盐(RO)工艺(Desalination,2008.221(1-3):p.47-69.)、电-热脱盐工艺(Nat.Nanotech.2017,12,557)。然而RO无法处理高盐度(总含盐量3.8wt.％)的盐水，如工业废水、盐碱水和RO-产生的废盐水(Science 2011,333,712，Desalination 2007,216,1)。尽管电-热脱盐可以应用于高盐度水脱盐，但是电极材料仍存在造价高昂且易腐蚀的瓶颈，且在短期内无法解决这些问题。而光热脱盐技术是减缓淡水资源危机的一项潜在的新型技术，因为其具有节能环保和水质要求低等优点(ACS Appl.Mater.Inter.2015,7,13645)。除此之外，光热脱盐可以应用到任何有阳光的地方而不需要考虑水盐浓度。

一般而言，光热脱盐工艺理想的光热材料应具有以下特点：1)高的光吸收能力(波长范围200～2500nm)；2)低的红外(IR)辐射能力；3)原料储量丰富、无毒环保、可实现大规模生产等。目前为止，科学家们开发出了多种多样的光热材料用于光热海水淡化，如金属纳米颗粒组装到多孔薄膜(Nature Photonics,2016.10(6):p.393-398.)、黑色TiO₂(ACSAppl.Mater.Interfaces,2016.8(46):p.31716-31721.)、石墨烯等新型碳材料(Nat.Commun.,2014.5:p.4449.，Sci.Adv.,2016.2(4):p.e1501227.)。然而，上述已开发的材料在短期内规模化生产仍是一项巨大的挑战。

发明内容

根据本申请的一个方面，提供了一种空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料，该材料可高效吸收太阳光和高效光热转化。

所述空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料，其特征在于：

所述空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料具有空心结构，其粒径分布为50～300nm，优选为100～250nm，更优选为150～200nm；

所述空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料中，Al元素与Ti元素的摩尔比为Al/(Al+Ti)＝0.4～0.7:1，优选为Al/(Al+Ti)＝0.4～0.6:1，更优选为Al/(Al+Ti)＝0.42～0.51:1。

优选地，当太阳光密度为1000W·m^-2，拟被脱盐的液体样品中盐的质量分数大于0小于等于15.3％时，所述空心的黑色铝钛氧化物太阳光吸收材料的光热脱盐效率≥71％；