潔凈水源短缺困擾著世界上超四分之一的人口，是引起傳染病、貧窮等問(wèn)題的根源。太陽(yáng)能蒸汽發(fā)生器技術(shù)能在光照條件下直接產(chǎn)生潔凈水源，為水源危機(jī)提供解決方法?？蒲腥藛T通過(guò)提升太陽(yáng)光吸收和光熱轉(zhuǎn)換效率、降低水的蒸發(fā)焓等手段，設(shè)計(jì)制造了一系列太陽(yáng)能蒸發(fā)器以克服水蒸發(fā)過(guò)程中高能量消耗與弱自然光輸入間的矛盾，而更高的能量利用效率仍需在熱管理與水輸運(yùn)的平衡中去探尋。 此外，鹽水在快速蒸發(fā)過(guò)程中往往伴隨著鹽的結(jié)晶，顯著限制蒸發(fā)器的光吸收效率降低凈水效率。表面疏水化與構(gòu)建宏觀水輸運(yùn)通道這兩個(gè)策略被廣泛應(yīng)用于蒸發(fā)器設(shè)計(jì)以提升耐久性，而超疏水的表面無(wú)法消除鹽結(jié)晶阻塞水輸運(yùn)通道的風(fēng)險(xiǎn)，較大尺寸的通道又會(huì)造成熱的對(duì)流損失。兼具高效凈水能力和抗鹽特性的太陽(yáng)能蒸發(fā)器仍是充滿挑戰(zhàn)的研究課題。

　　近日，中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所研究員張珽團(tuán)隊(duì)在功能化納米通道的柔性水伏產(chǎn)電系統(tǒng)工作的基礎(chǔ)上（Nat. Commun. 2022，13：1043；Nano Energy. 2022，99，107356），通過(guò)運(yùn)用多次凍融方法構(gòu)建出具有垂直微米通道和離子選擇特性納米通道分級(jí)結(jié)構(gòu)的高效抗鹽太陽(yáng)能蒸發(fā)器。由于表面修飾磺酸根和獨(dú)特的分級(jí)微納結(jié)構(gòu)特性，傘狀蒸發(fā)器可有效地減少熱對(duì)流損失并降低水的蒸發(fā)焓。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)太陽(yáng)光條件下，蒸發(fā)器的凈水速度和能量利用效率分別高達(dá)3.683.683.68kg m^-2 h^-1和91.1%。研究通過(guò)水伏流動(dòng)電勢(shì)監(jiān)測(cè)證明，具有高表面電勢(shì)的納米通道內(nèi)存在交疊雙電層，賦予納米通道離子選擇性。結(jié)合微米通道良好的水輸運(yùn)能力，蒸發(fā)器顯示出抗鹽特性，可在海水條件下長(zhǎng)時(shí)間（>96 h）保持大于90%的工作效率。

　　該研究協(xié)同利用通道尺寸效應(yīng)和表面特性，制備了兼具高速凈水能力和高抗鹽能力的太陽(yáng)能蒸發(fā)器，并為蒸發(fā)驅(qū)動(dòng)的水伏產(chǎn)電器件提供新的構(gòu)建思路和應(yīng)用場(chǎng)景。相關(guān)研究成果以A highly efficient and durable solar evaporator based on hierarchical ion-selective nanostructures為題，發(fā)表在EcoMat上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金等的支持。

　　論文鏈接

圖1.太陽(yáng)能蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)及工作機(jī)制示意圖

圖2.蒸發(fā)器光熱轉(zhuǎn)換及蒸發(fā)增強(qiáng)性能 

圖3.凈水器的抗鹽特性及耐久性 

圖4.凈水器對(duì)獨(dú)墅湖水的凈化能力