随着社会经济的飞速发展,人类正面临着化石能源日益紧缺和生态环境逐渐恶化的问题,因此,如何降低能源消耗以及开发利用新能源得到了越来越多的关注。在现代工业中强化传热技术不仅可以提高传热效率,还可以显著降低热传输中能源的消耗;太阳能作为一种来源广、无污染的新能源,其高效利用日渐获得研究者们的重视。基于此,本研究采用一种新型二维材料Ti₃C₂T_x-MXene分别制备了纳米流体、相变材料及水蒸发材料,探索其在强化传热、光热转换上的应用,具体分为以下三个部分:1.具有高长径比、高热导率和亲水性的MXene纳米片有望在高热导率、分散稳定性和低粘度之间寻求平衡。本研究对多层、单层Ti₃C₂T_x-乙二醇（EG）纳米流体的性能进行了详细研究。与EG相比,体积分数为5%的多层和单层Ti₃C₂T_x纳米流体的热导率分别提高了53.1%和64.9%。并且其优异的自润滑性,使得体积分数为1%的Ti₃C₂T_x纳米流体粘度比0.1%的石墨烯和多壁碳纳米管纳米流体粘度低得多,同时单层Ti₃C₂T_x-EG纳米流体在静置30天后仍具有良好的稳定性。2.光-热-电转换是高效利用太阳能的方式之一,本研究合成了超弹性、超轻的聚酰亚胺-MXene气凝胶,将其与聚乙二醇复合后即得到具有高吸光度和高导热的复合相变材料用于太阳能驱动下的温差发电。通过液氮、冷冻干燥、高温亚胺化后得到垂直排列的气凝胶载体有效地改善了复合PCM的导热性并形成了“光陷阱”,与聚乙二醇相比导热系数提高了152%,垂直排列和随机排列的复合PCM的光热转换效率分别为95.5%和86.5%。将聚酰亚胺-MXene气凝胶做为光-热-电转换系统的热端,其峰值输出功率达到31.6 W/m²。此发电装置不仅具有清洁、无污染的优点,还克服了太阳能的间歇性和不稳定性的缺点。3.太阳能驱动的海水淡化具有巨大应用潜力。本研究以MXene为吸光材料,以常见的木材去木质素后作为载体材料,制成了MXene-木材光热转换材料。得益于木材天生垂直的水输送管道,无需对MXene进一步排布调控。将木材进行脱木质素处理后,木材的表面引入的大量的亲水官能团在提高水输送能力的同时,也使MXene牢固的负载在其表面。实验结果表明,随着MXene浓度的增加,MXene-木材复合物的吸光度、热导率逐渐增强。水蒸发测试结果显示,浸渍在10 mg/ml的MXene溶液的材料水蒸发速率最快,在100 m W/cm²的光强下,去离子水的水蒸发速率为2.64 Kg·m^-2h^-1,模拟海水的蒸发速率为1.28 Kg·m^-2h^-1。MXene-木材复合物具有较好的耐久性,在液面放置10天后,水蒸发速率依旧可以维持在1.214-1.208 Kg·m^-2h^-1。