综述：海绵基太阳能界面蒸发器在海水淡化中的研究进展与挑战

这篇综述系统阐述了海绵基太阳能界面蒸发器（ISSG）在海水淡化领域的最新进展，重点分析了其光热转换机制（如等离子体共振、非辐射弛豫）、多孔结构优势（孔隙率>95%，热导率<0.05 W·m-1·K-1），以及四类海绵基底（MS/PU/PVA/PDMS）的性能优化策略，为开发高效、低能耗的淡水生产系统提供了重要参考。

　　

光热转换机制

太阳能界面蒸发技术（ISSG）的核心在于光热材料将太阳辐射转化为热能。金属纳米颗粒（如金、银）通过表面等离子体共振效应实现可见光区高效吸收；碳基材料（如石墨烯、碳纳米管）依靠电子-声子耦合产生非辐射弛豫；半导体（如Ti₃C₂T_x MXene）通过带间跃迁吸收宽光谱；而聚合物分子（如聚吡咯）则通过分子振动弛豫产热。这些机制协同作用，使现代光热材料的光热转换效率突破90%。

海绵基底的结构优势

相较于生物质材料（机械强度<10 MPa）和水凝胶（高盐溶胀率>40%），海绵的三维贯通孔结构（孔隙率>95%，孔径10-500 μm）展现出独特性能：

1. 毛细输水：亲水改性后毛细流速>5 mm/s，满足1.6-2.5 kg·m^-2·h^-1的蒸发需求；
2. 热局域化：低热导率（<0.05 W·m^-1·K^-1）将热量集中于气液界面；
3. 盐抑制能力：梯度孔或Janus结构可延缓盐结晶，在10 wt.%盐水中稳定运行>100小时。

四类海绵蒸发器的研究进展

• 三聚氰胺海绵（MS）：通过碳化或MXene负载实现92%光吸收率，但长期耐酸性不足；
• 聚氨酯海绵（PU）：弹性模量达0.5 MPa，适合波浪环境，但紫外耐受性差；
• 聚乙烯醇海绵（PVA）：可降解特性符合环保要求，但机械强度仅3 MPa；
• 聚二甲基硅氧烷海绵（PDMS）：耐候性>5年，但需疏水-亲水异质结构调控输水。

新兴应用场景

除海水淡化外，海绵蒸发器已拓展至：

• 废水处理：通过耦合催化材料降解有机污染物（如亚甲基蓝降解率>95%）；
• 发电：利用蒸发诱导电势差输出>5 V/m²电能；
• 锂提取：选择性蒸发使锂离子富集效率提升3倍。

未来挑战

当前瓶颈包括：光热涂层的循环稳定性（<500次热循环）、高盐度（>20 wt.%）下的性能衰减，以及规模化生产成本控制（目标<$2/m²）。通过仿生结构设计（如叶脉状输水通道）和智能材料（温敏聚合物）的开发，有望实现技术突破。