钴铁氧体纳米涂层提升太阳能蒸馏系统效能：可持续海水淡化的创新突破

针对传统太阳能蒸馏系统(CSS)热效率低、淡水产量不足的瓶颈，印度理工学院孟买分校团队创新性地采用CoFe2O4纳米颗粒(NPs)涂层改性吸收面。研究表明该涂层使太阳光吸收率达94%，水温提升14.7%，日产淡水量从2.1 kg·m?2增至3.5 kg·m?2，能量效率提高至38.1%，为缺水地区提供了可扩展的低成本解决方案。

　　

全球水资源危机正以惊人的速度加剧——97%的地表水是咸水，而传统海水淡化技术如反渗透(RO)和多重闪蒸(MSF)不仅能耗高，还会加剧环境负担。在阳光充沛的干旱地区，太阳能蒸馏器(SS)本应是理想解决方案，但其固有缺陷令人扼腕：热效率不足导致日产淡水量仅2.1 kg·m^?2，全球市场份额竟不足0.65%。更棘手的是，传统纳米流体(如Al₂O₃/TiO₂悬浮液)易沉降失效，CuO涂层虽能提升25%产量却受气候条件制约。这些痛点呼唤着既能高效捕获阳光又能稳定工作的新型材料。

印度理工学院孟买分校的研究团队独辟蹊径，将目光投向尖晶石结构的钴铁氧体(CoFe₂O₄)纳米颗粒。这种窄带隙半导体材料具有独特优势：可见光-近红外宽谱吸收能力，通过电子-空穴对非辐射弛豫产生大量声子，实现94%的惊人光热转换效率。研究人员通过化学共沉淀法合成NPs，采用X射线衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)确认其晶体结构和形貌后，将其涂覆于改性太阳能蒸馏器(MSS)的丙烯酸树脂吸收面，在孟买(19.07°N, 72.87°E)开展对比实验。

关键技术方法
研究采用化学共沉淀法合成CoFe₂O₄ NPs，通过XRD、SEM、UV-Vis-NIR光谱和FTIR进行材料表征。户外实验中设置传统(CSS)与改性(MSS)太阳能蒸馏器对照，监测水温、蒸发量及能量/?效率。室内实验验证涂层质量对蒸发速率的线性影响。

研究结果

1. 材料特性：XRD显示NPs在(311)晶面呈现典型尖晶石衍射峰，SEM证实其20-50 nm的均匀粒径。UV-Vis显示其在300-2500 nm宽谱吸收，FTIR证实金属-氧键振动峰位于580 cm^?1。
2. 光热性能：MSS水温峰值达65.3°C，较CSS提升14.7%。室内模拟显示涂层质量与蒸发速率呈线性相关(R²=0.98)。
3. 淡水产量：MSS日产淡水量3.5 kg·m^?2，较CSS提升66.7%，相当于每平方米年增产511公斤。
4. 能量分析：MSS平均能量效率38.1%(CSS为23.3%)，?效率1.8%(CSS仅0.8%)，证实NPs有效减少能量耗散。

结论与意义
这项发表于《Desalination》的研究开创性地证明：CoFe₂O₄纳米涂层通过双重机制提升性能——窄带隙半导体特性实现宽谱光捕获，纳米级粗糙表面促进汽化核心形成。其66.7%的产量增幅远超既往报道的CuO(25%)和TiO₂(6.1%)涂层，且避免了纳米流体沉降问题。更值得关注的是，该技术采用廉价的丙烯酸基底，使得系统成本较传统金属基装置降低70%，为偏远地区提供了切实可行的解决方案。研究者特别指出，该涂层在酸性(pH=4)和碱性(pH=10)环境中保持稳定，连续30天测试未出现性能衰减，展现出极强的工程应用潜力。这项成果不仅为太阳能海水淡化树立了新标杆，其揭示的半导体光热转换机制更为开发新一代界面蒸发材料提供了理论框架。