殷亚东/张桥教授课题组Nano Lett.: 集成式“双面神”结构界面蒸发器用于高效太阳能驱动海水淡化

近年来，太阳能驱动的界面光热－蒸汽转化技术成为一项新的获得清洁水资源的技术，该技术具有巨大的应用潜力，特别是在淡水资源匮乏的地区。

一方面，该技术能够将太阳光的光热效应限定在空气与水的界面处，而不是对整个待蒸发水体进行加热，提高了太阳能－热能－蒸汽过程的转换效率。另一方面，同等蒸汽供应量下，减少了光热材料的使用，进而降低了成本。与反渗透、离子交换等传统海水净化技术相比，界面光热－蒸汽转化技术可将太阳能-蒸汽转换效率提高到90%以上，使得人类有望设计出家用界面光热－蒸汽转化器，该转化器可以以2.5 L/(m2·d) 的速率生产清洁的水资源，足以满足个人日常饮用水需求。

相关的研究已经揭示出设计高性能界面光热－蒸汽转化装置的三个关键原则：

（1）光热转换材料通常需具备在较宽的波长范围内具有较强的太阳光吸收能力，从而最大程度地提高太阳能到热能的转化效率，为蒸发行为提高足够多的热量；

（2）海水淡化材料需要具有优异的热管理能力，将太阳能转化而来的热能限定在界面区域，而不是将整个水体加热，从而最大程度地减少热能的损失；

（3）基底材料具有多孔道的亲水性结构，具有较强的对水分子的亲和力，从而为光热转换材料提供充足的水进行持续的蒸发行为。

通常，等离子激元纳米颗粒、石墨烯或半导体纳米颗粒等被用作光热转化材料，以提高太阳能到热能的转化效率。尽管光热转换材料本身所占的体积较小，但是现有的高性能光热－蒸汽转化装置不得不包括一个体积巨大的基底材料，一方面作为光热转化材料的载体，另一方面可以实现隔绝热量和输送水的功能。一个典型的方法是在聚苯乙烯表面放置多孔性的碳层，值得注意的是聚苯乙烯材料要足够厚以确保能够将热量维持在界面处，而不会进一步地传导至下方的水体中。

此外，总结近期的研究结果可以发现，利用金属等纳材料作为光热转化材料，的确可以大幅提高光热转化效率，但是在可延展性、价格和便携性等方面存在一定的不足，无法大面积推广。因此，开发出简单而高效的界面光热－蒸汽转化系统对于加速海水淡化技术的大规模应用至关重要。

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https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.0c01999

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