在过去的几年里，太阳能驱动的界面蒸发（SDIE）领域见证了创新方法和商业上可行的材料的激增，这为提高太阳能发电的效率和可持续性带来了巨大的希望。在这些最先进的技术中，水电共产（WEC）系统通过将水资源管理与能源生产相结合，提高了资源在发电过程中的利用效率和可持续性。据我们所知，现有的综述在专门关注WEC系统对绿色能源的机制理解以及WEC的绿色能源利用效率与SDIE的材料设计之间的构效关系存在差距。特别是，现有综述缺乏全面的讨论来解决这些领域面临的挑战以及潜在的解决方案。因此，需要一个全面和及时的审查，以帮助研究人员和决策者了解最新的技术趋势、突破和挑战。
近期，浙江海洋大学周英棠教授等人在国际期刊Advanced Materials发表综述文章，题为“Recent Advances of Green Electricity Generation: Potential in Solar Interfacial Evaporation System”。该综述全面探讨了WEC系统的最新进展，阐明了它们的技术趋势、可持续性效益以及与其他能源系统的协同作用。这篇综述提供了详细的分析，突出了利用光伏电池、热电材料、压电纳米发电机、水伏效应和盐梯度效应产生绿色电力的直接进行能源转换的策略。此外，在这些发电方法的背景下，该文章综合了有关材料选择、设计原则和系统结构优化的关键方面。文章还详细讨论了WEC系统目前面临的挑战，并提出了潜在的解决方案。该综述的目标是向研究人员和决策者提供必要和全面的信息，同时促进寻找绿色发电中更清洁和更可持续的未来的辅助解决方案。
1. 探讨了SDIE与WEC之间的共生关系
WEC和SDIE之间的协同关系在减少对传统能源的依赖方面具有巨大的潜力，从而提高了水热-热电共产系统的整体性能和可行性。通过全面研究和解决SDIE与WEC之间的协同效应，可以有效地优化材料选择、系统设计和储能技术，从而推动WEC技术的发展。这种共生关系不仅加速了可持续能源方面的进展，而且为全球能源和水资源挑战提供了创新的解决方案，为WEC的未来发展铺平了道路。因此，该研究领域在可持续能源研究中具有不可否认的战略意义。
图2：金属吸收器在SDIE装置中的应用示意图。
图3：半导体材料在SDIE中的应用。
图4：高分子聚合物材料在SDIE中的应用。
（4）碳基材料（多壁碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等）
图5：碳基材料（多壁碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯等）在SDIE中的应用。
图6：生物质材料在SDIE中的应用。
2. 总结WEC发电的最新进展
综述了SDIE在水电共产中的意义，并对近期的研究进行了系统回顾，具有重要的学术价值。SDIE与WEC系统的集成代表了一种共生或协同关系，挑战了以前单独研究这些过程的实践。在这篇综述中，强调了SDIE的结构组件对WEC系统效率的重大影响。通过对SDIE策略进行深入分析，包括材料选择、水管理和热控制等方面，深入研究了这些因素如何影响WEC系统中的能量利用，包括流动电势、光伏发电、盐度梯度效应、温度梯度效应和压电效应。
（1）流动电势
以电荷分布差为特征的液体与固体界面产生的电位差称为流电势。这意味着在液固界面建立电场，电场在太阳能的转换和利用中起着关键作用。SDIE系统通过将液体暴露在一个隔离容器中的阳光下来利用太阳能在蒸发器界面形成的电位差进行电能收集。
图7：基于SDIE系统的流动电势最新进展。
（2）光伏效应
太阳能驱动的界面蒸发光伏（SDIEP）具有许多优点，使其成为可再生能源的一个有吸引力的解决方案。光伏发电的主要具体原理是半导体的光电效应。当光子照射到金属上时，它的能量可以被金属中某个电子全部吸收，如果电子吸收的能量足够大，能克服金属内部引力做功，离开金属表面逃逸出来，成为光电子。利用N型和P型半导体进行结合，接触面就会形成电势差，成为太阳能电池。
图8：基于SDIE系统的光伏效应最新进展。
（3）盐度梯度效应
基于太阳能光热效应加热表面海水，使得海水快速蒸发实现海水淡化；同时由于水分的快速蒸发导致表面海水盐浓度升高，与深层海水之间产生较高的局域浓度差，从而进一步实现盐差发电。这是由于在不同浓度液相中，高低浓度之间的进行的定向离子交换形成了电势差，进而转换为可以被捕捉的电能量。
材料优化和界面设计在SDIE热电技术中起着至关重要的作用，是研究的关键方向之一。在材料优化方面，研究人员致力于识别具有特殊性能的材料，以提高太阳能界面蒸发热电技术的效率和稳定性。经典的焦耳电（PE）（图12a)和热电（TE）（图12b)转换机制被广泛应用。SDIE对太阳能的利用量显著。
塞贝克效应：在两种金属组成的回路中，如果使两个金属接触点的温度不同，则在回路中将出现电流。
帕尔贴效应：电流通过两个不同导体形成接点（界面）时，接点处会发生放热或吸热现象。
图10：基于SDIE系统的温度梯度效应最新进展。
太阳能蒸发压电（SEP）技术集成了界面蒸发和压电效应，代表了一种最先进的太阳能转换方法，在清洁能源领域具有巨大的潜力。发电原理为在极性晶体上施加压力、张力、切向力时，则发生与应力成比例的介质极化，同时在晶体两端将出现正负电荷。当外力去掉后，又恢复到不带电状态。
图11：基于SDIE系统的压电效应最新进展。
WEC的影响超越了热电联产，为综合水电系统的设计和推进可持续性提供了有价值的见解。然而，WEC仍然面临着一定的限制和挑战。例如，WEC中的发电效率直接受到太阳辐照度强度的影响。此外，SDIE目前正处于刚性蒸发阶段，在复杂多变的生态环境中收集淡水和实施WEC带来了重大困难。由于干旱和水资源的波动，可能导致电力和热能供应不稳定。因此，必须探索创新的蒸发模式来解决现有的挑战。本文综述了在动态蒸发模式下表现出高能量转换效率的磁性材料，为未来WEC的发展提供了新的途径。动态蒸发模式的出现使更广泛的科学界能够从这些进步中获益，并将其应用于与缺水和清洁能源转型相关的紧迫全球挑战。
图12：WEC系统中绿色发电对未来工业化的挑战和发展。
这篇综述对SDIE和WEC系统之间的各种耦合模式进行了详尽的分析。巩固了一系列基于流电位、光伏现象、摩擦发电、热电效应和压电原理的能量收集策略。并展示了多机制耦合纳米发电机和放大的水力发电装置的实现，能够有效地驱动微电子设备，如商用计算器、LED照明和小型风扇（1 W）。文章提供了一个全面的调查的优点和约束内在的传统刚性蒸发方法，同时探索了动态蒸发结构在WEC系统中的集成。尽管WEC系统取得了值得称赞的优势和显著的里程碑，但仍存在许多有待有效解决的挑战。因此，建立高效的能源系统是优化复杂的水能关系和促进可持续发展努力的关键途径。最后，对于SDIE和WEC的及时回顾对新能源利用和绿色能量收集具有重大意义。
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202311151
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