利用太阳能驱动界面蒸发获取淡水，被视作解决水资源短缺的绿色新途径，其核心在于开发高效、稳定且可规模化的光热材料。
近期，中国科学院过程工程研究所(以下简称过程工程所)研究员杨乃亮与深圳大学教授王丹团队联合提出一种“高分子穿插束缚纳米颗粒”的三维集成策略，利用高分子链锁扣中空多壳层结构(HoMS)，构筑出3D光热架构，在实验条件下实现了38.14 kg m-2 h-1的光热界面蒸发速率，并集成光伏-光热耦合系统，通过户外试验装置实现了从海水淡化到农业灌溉的初步探索。相关工作近期在《先进材料》上发表。
廊坊工程试验基地的光伏-光热海水淡化设备及灌溉试验田。科研团队供图
太阳能驱动界面蒸发凭借绿色低碳、安全高效的优势，是极具前景的淡水生产技术，该技术的核心是高性能光热材料。开发兼具高光热效率、高效水输运与结构稳健性的材料体系是该技术突破的关键。
研究团队此前已开发出基于HoMS的二维蒸发膜材料，蒸发速率达4.02 kg m-2 h-1，当年创下纪录数值。在此基础上，团队进一步攻克了材料宏量制备与三维集成核心瓶颈，采用次序模板法，在过程工程所廊坊工程试验基地进行放大，通过20升水热釜与多温区隧道炉精准调控，实现了非晶五氧化二钽/碳复合中空多壳层材料百克级稳定量化制备。随后，该材料在海水加速老化试验中，30天无颗粒脱落。
科研人员介绍，该复合结构在微纳尺度上呈现“纳米森林”形貌，实验数据显示，通过多重光散射与吸收通道，全太阳光谱吸收率达90.2%。同时，纳米限域效应重构水分子氢键网络，使水体蒸发能耗降低45.7%，蒸发速率较前期的二维薄膜提升了8.5倍。
团队进一步开发了户外试验装置。在自然光照下，该装置日产淡水20.16升，可满足约10人的基本饮水需求，水质符合世界卫生组织(WHO)饮用水标准。装置产水已成功用于5m2农田的全年灌溉，菠菜、玉米、白菜等多种作物已完成一个全生长周期。
目前，研究团队正在优化冷凝效率和系统成本，推动该技术在沿海缺水地区、海岛及偏远地区的规模化应用。
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