MXene, a new series of 2D material, has been steadily advancing its applications to a variety of fields, such as catalysis, supercapacitor, molecular separation, electromagnetic wave interference shielding. This work reports a carefully designed aqueous droplet light heating system along with a thorough mathematical procedure, which combined leads to a precise determination of internal light-to-heat conversion efficiency of a variety of nanomaterials. The internal light-to-heat conversion efficiency of MXene, more specifically Ti3C2, was measured to be 100%, indicating a perfect energy conversion. Furthermore, a self-floating MXene thin membrane was prepared by simple vacuum filtration and the membrane, in the presence of a rationally chosen heat barrier, produced a light-to-water-evaporation efficiency of 84% under one sun irradiation, which is among the state of art energy efficiency for similar photothermal evaporation system. The outstanding internal light-to-heat conversion efficiency and great light-to-water evaporation efficiency reported in this work suggest that MXene is a very promising light-to-heat conversion material and thus deserves more research attention toward practical applications.

Self-healing hydrophobic light-to-heat conversion membranes for interfacial solar heating are fabricated by deposition of light-to-heat conversion material of polypyrrole onto a porous stainless-steel mesh, followed by hydrophobic fluoroalkylsilane modification. The mesh-based membranes spontaneously stay at the water–air interface, collect and convert solar light into heat, and locally heat only the water surface for enhanced evaporation. As a service to our authors and readers, this journal provides supporting information supplied by the authors. Such materials are peer reviewed and may be re-organized for online delivery, but are not copy-edited or typeset. Technical support issues arising from supporting information (other than missing files) should be addressed to the authors. Please note: The publisher is not responsible for the content or functionality of any supporting information supplied by the authors. Any queries (other than missing content) should be directed to the corresponding author for the article.

A visible light responsive plasmonic photocatalytic composite material is designed by rationally selecting Au nanocrystals and assembling them with the TiO(2)-based photonic crystal substrate. The selection of the Au nanocrystals is so that their surface plasmonic resonance (SPR) wavelength matches the photonic band gap of the photonic crystal and thus that the SPR of the Au receives remarkable assistance from the photonic crystal substrate. The design of the composite material is expected to significantly increase the Au SPR intensity and consequently boost the hot electron injection from the Au nanocrystals into the conduction band of TiO(2), leading to a considerably enhanced water splitting performance of the material under visible light. A proof-of-concept example is provided by assembling 20 nm Au nanocrystals, with a SPR peak at 556 nm, onto the photonic crystal which is seamlessly connected on TiO(2) nanotube array. Under visible light illumination (>420 nm), the designed material produced a photocurrent density of ~150 μA cm(-2), which is the highest value ever reported in any plasmonic Au/TiO(2) system under visible light irradiation due to the photonic crystal-assisted SPR. This work contributes to the rational design of the visible light responsive plasmonic photocatalytic composite material based on wide band gap metal oxides for photoelectrochemical applications.

Advanced materials with surfaces that have controllable oil wettability when submerged in aqueous media have great potential for various underwater applications. Here we have developed smart surfaces on commonly used materials, including non-woven textiles and polyurethane sponges, which are able to switch between superoleophilicity and superoleophobicity in aqueous media. The smart surfaces are obtained by grafting a block copolymer, comprising blocks of pH-responsive poly(2-vinylpyridine) and oleophilic/hydrophobic polydimethylsiloxane (i.e., P2VP-b-PDMS) on these materials. The P2VP block can alter its wettability and its conformation via protonation and deprotonation in response to the pH of the aqueous media, which provides controllable and switchable access of oil by the PDMS block, resulting in the switchable surface oil wettability in the aqueous media. On the other hand, the high flexibility of the PDMS block facilitates the reversible switching of the surface oil wettability. As a proof of concept, we also demonstrate that materials functionalized with our smart surfaces can be used for highly controllable oil/water separation processes. Peng Wang and co-workers have devised smart surfaces that have switchable wettability – affinity to oil and water phases. Such materials are useful for applications that require oil/water separation, and might help clean up oil spills in future. The researchers have endowed materials with smart surfaces by decorating them with a polymer made of two flexible blocks with different properties. One block exhibits a high affinity to oil phases and low affinity to aqueous ones, while the other changes its wettability but also its shape through protonation, depending on the acidity of the aqueous phase. At different pHs, therefore, either one block or the other is predominantly exposed to the solution, endowing the surface with different wettability characteristics. These smart surfaces can be coated on commonly used materials such as textiles and sponges, and showed good properties for oil capture and release applications. Schematics showing the switchable oil wettability of the P2VP-b-PDMS-grafted surface in aqueous media with different pH.

Given the emerging energy and water challenges facing mankind, solar-driven water evaporation has been gaining renewed research attention from both academia and industry as an energy-efficient means of wastewater treatment and clean water production. In this project, a bilayered material, consisting of a top self-floating hydrophobic CNT membrane and a bottom hydrophilic macroporous silica substrate, was logically designed and fabricated for highly energy-efficient solar-driven water evaporation based on the concept of interfacial heating. The top thin CNT membrane with excellent light adsorption capability acted as photothermal component, which harvested and converted almost the entire incident light to heat for exclusive heating of interfacial water. On the other hand, the macroporous silica substrate provided multifunctions toward further improvement of operation stability and water evaporation performance of the material, including water pumping, mechanical support, and heat barriers. The silica substrate was conducive in forming the rough surface structures of the CNT top layers during vacuum filtration and thus indirectly contributed to high light adsorption by the top CNT layers. With optimized thicknesses of the CNT top layer and silica substrate, a solar thermal conversion efficiency of 82% was achieved in this study. The bilayered material also showed great performance toward water evaporation from seawater and contaminated water, realizing the separation of water from pollutants and indicating its application versatility

In this work, we propose a solution-based carbon precursor coating and subsequent carbonization strategy to form a thin protective carbon layer on unstable semiconductor nanostructures as a solution to the commonly occurring photocorrosion problem of many semiconductors. A proof-of-concept is provided by using glucose as the carbon precursor to form a protective carbon coating onto cuprous oxide (Cu₂O) nanowire arrays which were synthesized from copper mesh. The carbon-layer-protected Cu₂O nanowire arrays exhibited remarkably improved photostability as well as considerably enhanced photocurrent density. The Cu₂O nanowire arrays coated with a carbon layer of 20 nm thickness were found to give an optimal water splitting performance, producing a photocurrent density of -3.95 mA cm⁻² and an optimal photocathode efficiency of 0.56% under illumination of AM 1.5G (100 mW cm⁻²). This is the highest value ever reported for a Cu₂O-based electrode coated with a metal/co-catalyst-free protective layer. The photostability, measured as the percentage of the photocurrent density at the end of 20 min measurement period relative to that at the beginning of the measurement, improved from 12.6% on the bare, nonprotected Cu₂O nanowire arrays to 80.7% on the continuous carbon coating protected ones, more than a 6-fold increase. We believe that the facile strategy presented in this work is a general approach that can address the stability issue of many nonstable photoelectrodes and thus has the potential to make a meaningful contribution in the general field of energy conversion.

Direct micropatterning of superhydrophilicity on superhydrophobic surfaces was achieved by inkjet printing a mussel-inspired ink of dopamine solution onto the superhydrophobic surface, followed by the formation of polydopamine. The micropatterned superhydrophobic surfaces exhibited an enhanced fog-harvesting efficiency.

Abstract Oil–water separation has recently become a global challenging task because of the frequent occurrence of oil spill accidents due to the offshore oil production and transportation and there is an increasing demand for the development of effective and inexpensive approaches for the cleaning-up of the oily pollution in water system. In this study, a self-cleaning underwater superoleophobic mesh that can be used for oil-water separation is prepared by the layer-by-layer (LbL) assembly of sodium silicate and TiO 2 nanoparticles on the stainless steel mesh. The integration of the self-cleaning property into the all-inorganic separation mesh by using TiO 2 enables the convenient removal of the contaminants by ultraviolet (UV) illumination and allows for the facile recovery of the separation ability of the contaminated mesh, making it promising for practial oil-water separation applications.

A bi-layered photothermal material based on reduced graphene oxide film with nonporous polystyrene foam as substrate for solar-driven interfacial water evaporation.

Methotrexate (MTX) is one of the first-line treatments for moderate to severe psoriasis, while the side effects caused by injection and oral administration of MTX greatly restrict its clinical application. Transdermal drug delivery offers a desirable alternative to the conventional approaches, but the performances of the currently available skin penetration enhancement techniques are not so satisfactory. To address these limitations, we developed a dissolving microneedle (MN) patch made of hyaluronic acid (HA) with excellent water solubility, biocompatibility, biodegradability, and mechanical properties. The amount of MTX encapsulated in the needles of the patch could be controlled during the fabrication process for precise dosage. Interestingly, the MTX-loaded MNs successfully penetrated imiquimod (IMQ)-induced thickened epidermis in mice and delivered the drug intralesionally. Meanwhile, fast dissolution of HA endowed the MNs with operability for patients. We found that the MTX-loaded MNs not only showed well-maintained inhibitory effect in vitro but also alleviated the psoriasis-like skin inflammation in mice. Moreover, the MTX-loaded MNs were significantly more efficacious than taking the same dose of drug orally. Consequently, a higher oral dose of MTX was required for a comparable amelioration, which in turn increased its systemic toxicity. Taken together, the proposed MTX-loaded dissolving MN patch strategy provides a new opportunity for efficient and safe treatment of psoriasis.