新型光热蒸发材料实现高效太阳能海水淡化

记者22日从中国科学院过程工程研究所获悉，该所与深圳大学联合团队提出一种高分子“锁扣”机制，成功将纳米颗粒编织成三维光热蒸发材料，使太阳能海水蒸发速率大幅提升，并通过户外试验装置，实现了从海水淡化到农业灌溉的初步探索。相关成果发表在国际学术期刊《先进材料》杂志上。

界面太阳能水蒸发技术被视作绿色取水新途径，但核心瓶颈在于：高性能纳米光热粉体做成宏观器件时，纳米颗粒极易“抱成团”、三维结构强度差，而且光照会逐渐导致材料老化失效。

联合团队采用一种新策略：先制备出多层空心结构的纳米球壳，以此为“纽扣”，再依据高分子与溶剂的相容性原理，让聚酯分子链像缝衣线一样，精准穿过球壳细孔，把颗粒牢牢缝在一起，形成一片“纳米森林”般的坚固三维网络。这就像用一根根高分子线把纳米球串起来，既防止“抱团”，又搭出了高效的水输送通道。

实验数据显示，这种结构的太阳光吸收率达90.2%，蒸发同样水量所需能量降低45.7%。在连续30天的海水加速老化中，没有纳米颗粒脱落，且材料在光照下不产生活性自由基，解决了有机基底降解难题。

团队在中国科学院过程工程所廊坊工程试验基地建成一套0.75平方米的户外试验装置。自然光照下，该装置每日产淡水20.16升，可满足约10人的基本饮水，水质达到世卫组织饮用水标准。产出的淡水已成功灌溉5平方米农田一整年，菠菜、玉米、小白菜等作物均完成完整生长周期，验证了农业灌溉的可行性。