综述：太阳能驱动的水处理与能源同步获取技术

这篇综述系统探讨了界面太阳能蒸发技术在同步实现水处理（如海水淡化）和能源收集（如热电、压电效应）中的前沿进展。文章重点分析了光热材料（PV/T）、能量转换机制（如Seebeck效应、盐度梯度发电）及系统集成策略，为应对全球水-能源纽带（water-energy nexus）挑战提供了跨学科解决方案。

　　

Abstract

太阳能蒸发作为一种环境友好、低维护成本的技术，正成为同步实现水处理和能源生成的关键手段。通过利用低品位废热、盐度梯度（如反向电渗析RED）和温度差（如热电模块TEG），该技术可同时产出淡水和电能。研究特别关注了光热转换材料（如碳基材料、等离子体纳米颗粒）的结构设计，以及压电（PENG）、热电（TEG）等能量捕获机制的系统集成。

Introduction

水与能源的共生关系（water-energy nexus）是可持续发展的核心议题。全球约20亿人面临缺水压力，而传统海水淡化技术（如反渗透RO）能耗高达3-7 kWh/m³
。太阳能驱动界面蒸发通过局域化加热策略（如双层结构蒸发器）将能量损失降至1.2 kWh/m³
以下，同时利用余热发电（如温差发电效率达1.8%）。

Solar-thermal materials, structure, and process

光热材料的光谱吸收特性（如黑硅吸收率>95%）和热局域化设计（如气凝胶隔热层）是提升效率的关键。新型MXene材料因其宽谱吸收（400-2500 nm）和快速水传输通道（毛细管流速>2 mm/s）成为研究热点。

Simultaneous systems for water vaporization and power generation

集成系统如"蒸发-发电"联产装置通过盐度梯度（输出功率密度4.3 W/m²
）和蒸汽冷凝动能（摩擦纳米发电机TENG输出>15 μA）实现双重收益。典型案例包括：

• 仿生树状蒸发器：利用木质部结构实现自泵送（蒸发速率2.4 kg/m²
  /h）
• 热电-膜蒸馏耦合系统：温差发电同时完成高盐废水处理（脱盐率>99%）

Summary and future perspectives

当前挑战在于长期抗污损（如生物污染降低30%效率）和规模化成本（目标<$0.5/m³
）。未来方向包括：

1. 智能响应材料（如温敏水凝胶）动态调节蒸发速率
2. 人工智能优化系统运行参数
3. 近零液体排放（ZLD）工艺整合

CRediT authorship contribution statement

研究团队来自沙特阿卜杜拉国王科技大学（KAUST），在碳基材料设计和能量捕获机制领域具有国际领先经验。