文献信息：
Utilization of sewage resources through efficient solar-water evaporation by single-atom Cu sites
https://doi.org/10.1016/j.carbon.2021.11.022
Carbon 187 (2022) 207-215
简介：污染物在太阳能-水蒸发（SWE）中的作用机理是污水资源化利用中的一个重要科学问题。近日，团队的硕士研究生左诗语在Carbon期刊上发表题为“Utilization of sewage resources through efficient solar-water evaporation by single-atom Cu sites”的研究文章。研究在SWE中首次采用单原子铜碳体系（Cu/SA）进行污水资源化利用。实验和理论计算表明，原子级分散的Cu-N配位促进了载流子取向迁移。具有高载流子浓度的富电子Cu位点可以增强局部表面等离子体共振（LSPR），从而增强非辐射弛豫能量释放。单原子铜位点对H2O的合适吸附能可以有效促进水的蒸发。受益于这些效应，Cu/SA 实现了高水分蒸发率（2 个太阳下为 3.325 kg/m2·h）。探讨了各种污染物在 SWE 中的作用机制。污水中的金属离子可以通过光生电子还原而沉积，增强了光吸收性能。具有可见光吸收能力的染料可以提高光吸收性能。给电子有机物可以通过促进光生载流子分离来促进水的蒸发过程。各种污水可以有效资源化生产清洁水。本研究可为了解污水中污染物的行为机理提供基础的科学认识，从而为废水资源化利用提供可行的技术支持。
Fig. 1. (a) Mass change of water; (b) evaporation rate and evaporation efficiency; (c) surface temperature; (d) cycle of Cu/SA; (e) IR image under light; (f) comparisons of evaporation performance; (g) comparison evaporation performance of Cu/SA and previous work; optimized configurations of H2O adsorbed on (h) Cu/NPs, (i) Cu/SA and (j) C, respectively; (k) Trends in evaporation rate plotted as a function of the adsorption energy of H2O on Cu/NPs, Cu/SA and C; (l) the proposed overall evaporation mechanism on Cu/SA. (A colour version of this figure can be viewed online.)
Fig. 2. (a) The solar intensity spectra, temperatures and synchronous evaporation rates of Cu/SA from 9:00 to 17:00 on January 6, 2020 (Winter) at Wuhan Textile University; (b) water evaporation rate in different water environments; evaporation enhancement in the pollutant solution: (c) metal ion solution, (d) dye solution and (e) organic solution; (f) Comparison of water quality index in Industrial waste and the evaporated water; (g) concentrations of primary ions in the artificial seawater before and after desalination; (h) concentrations of seven primary metal ions in artificial wastewater before and after purification; (i) mechanism of water evaporation and purification. (A colour version of this figure can be viewed online.)
综上所述，SWE采用Cu/SA实现废水的循环利用。得益于原子级分散的 Cu-N 配位促进载流子分离、富电子 Cu 的 LSPR 效应以及水分子在单原子 Cu 位点的高效蒸发，Cu/SA 实现了高水蒸发率。 2个太阳下，Cu/SA的水分蒸发率为3.325 kg/m2·h，超过了传统水分蒸发的热力学极限（2.98 kg/m2·h）。讨论了水分蒸发过程中各种污染物的作用机理。金属离子可以被光生电子还原和沉积，从而提高光吸收性能。具有可见光吸收能力的染料可以增加光吸收能力。给电子有机物通过促进光生载流子的分离来促进水的蒸发过程。该系统可有效利用垃圾渗滤液、餐厨废水、甲苯废水、海水和金属离子废水，生产清洁水和浓缩废液。本研究可为污水处理过程中污染物的行为机理提供基本的科学认识，为污水资源化利用提供可行的技术支持。
