近日，纳米科技和能源领域顶级刊物《Nano Energy》以“A review: Fabric-based solar driven interfacial evaporator”为题，刊发了我院对织物基界面蒸发系统领域的研究综述。

饮用水资源和能源的可持续供应在人类社会的生产和日常生活中起着至关重要的作用。然而，由于世界人口的快速增长和环境污染的日益严重，温室效应和淡水资源短缺问题日益明显。众所周知，地球水资源丰富，约占全球水资源总量的97.3%，具有提供淡水资源的潜力。而且随着技术的发展，海水淡化技术也越来越成熟。目前有两种可用的脱盐方法。一种是通过过滤，如反渗透（RO）。另一种是通过热诱导水相转化为蒸汽，达到分离重金属离子和杂质的目的，如多效蒸馏（MED）和多级闪蒸（MSF）。然而，上述两种从海水中获取淡水的方法都需要使用大型设备和消耗化石燃料，这在过程中会造成环境污染等问题。因此，迫切需要寻找一种绿色可持续的技术来克服淡水资源的短缺。同时，太阳能驱动界面蒸发（SDIE）技术也逐渐进入人们的视野。该技术的优势在于利用取之不尽的太阳能，将不可饮用的海水和废水转化为可饮用的水。SDIE技术以其绿色高效的特点，已成为克服淡水资源短缺的一种非常有前途的解决策略。在Web of science中选择关键词“界面蒸发”进行搜索，可以看到界面蒸发的研究呈现出快速增长的趋势（图1a）。

图1. (a)使用关键词“界面蒸发”对近十年发表的文章数据进行统计分析（数据来源：Web of Science）。(b)太阳光谱辐照度。(c)太阳能蒸汽发生的不同加热方式。

太阳能是一种蕴含巨大能量的可再生能源，可分为紫外线（UV）区（300-380 nm）、可见光区（380-760 nm）和近红外区（760-2500 nm），分别占比3%、45%和52%（图1b）。对于太阳能驱动的界面蒸发器来说，对整个太阳光谱具有良好的吸收能力并能有效地转化为热能是非常重要的。随着技术的发展，目前的太阳能蒸汽发电可分为三类：1)当光热材料放置在大块水的底部时，其太阳能蒸汽转化率仅为30-45%。造成这种现象的原因是，阳光必须先通过一层水，使光热材料不能充分接受太阳辐射。此外，水中产生的热量很容易分散到周围环境中。2)光热转换材料分散到散装水中进行制汽过程，与以往底加热相比，热损失小，太阳能利用率可达70%左右。3)为了达到90%以上的太阳能效率。因此，提出了通过增强热局部化来提高温度的界面蒸发技术（图1c）。SDIE技术具有无污染、安全系数高、零能耗、独立运行等优点，显示出前所未有的应用潜力。与传统海水淡化技术相比，SDIE技术在产生蒸汽过程中不需要对整个水体进行加热，最大限度地利用了太阳能，促进了海水淡化技术的进一步发展。目前，该领域的研究主要集中在如何设计具有高蒸发效率的界面蒸发器。为了获得优异的蒸发效率，界面蒸发器的设计过程需要满足以下三个方面：1) 优异的光热转换能力，2) 热管理，3) 供水和蒸汽传输通道。此外，还需要考虑其在运行过程中的长期稳定性、耐盐沉积性和应用环境。

一般来说，为了满足构建SDIE的三个指标，经常在多孔基板中引入光热转换材料，如气凝胶、水凝胶、海绵、织物等。其中，织物基光热转换膜因其制备简单、成本低、可扩展性强、环境友好等优点引起了广泛的研究兴趣。织物基材的核心在于其纺织结构。这些材料通常由纤维组成，可以是天然的（如棉、麻、丝等），也可以是合成的（如聚酯、尼龙等）。这些纤维经过纺纱、编织和其他工艺，形成具有特定结构和性能的织物。选择这些织物作为基材可以为SDIE提供物理支撑和必要的结构性能。其高比表面积和交错多孔结构使SDIE具有高蒸发面积、优异的吸光能力、蒸汽逸出通道、高蒸发速率和效率。因此，基于织物的太阳能界面蒸发器在海水淡化和废水处理领域具有很大的应用前景。

图2. 织物基界面蒸发器的讨论大纲。

本文首先从太阳能界面蒸发器的结构和机理出发，对采用不同类型光热转换材料的织物界面蒸发器进行了分类和总结。其次，将讨论界面蒸发器的热管理和水传输性能对蒸汽产生和多功能的影响。接下来，将讨论基于织物的太阳能界面蒸发器的蒸发效率、蒸发速率、耐盐沉积性和长期稳定性。随后，讨论了其在海水淡化、含重金属废水处理、油水分离、有机废水处理、光催化、杀菌、界面蒸发蒸汽发电等方面的多功能应用（图2）。最后，提出了基于织物的太阳能驱动界面蒸发器面临的挑战和前景。

该综述第一作者为我院博士研究生李杰辉，通讯作者为屈孟男教授和何金梅副教授，西安科技大学为唯一署名机构。该论文得到了国家自然科学基金，陕西省杰出青年科学基金，陕西高校青年创新团队等项目的资助支持。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2024.110394