太阳能驱动界面蒸发技术的光热材料、结构设计与应用：综述

《Journal of Environmental Management》：Photothermal materials, structural design and applications of solar-driven interfacial evaporation technology: A review

　　（摘要要点）• 系统分类并总结了用于太阳能驱动界面蒸发的先进光热材料。• 全面评述了蒸发器的结构设计方案，以实现对水分高效输运和热管理。• 概述了基于生物质光热蒸发器用于脱盐的近期进展。• 分析了界面蒸发在实际应用中的技术瓶颈。• 提出了太阳能蒸发技术的未来方向及可规模化的应用前景。引言现代社会在工业、技术和经济方面的迅速发展，引发了对化石燃料和全球水资源的大量消耗，带来了一系列紧迫挑战，包括能源短缺、环境退化、全球变暖和淡水资源匮乏。因此，迫切需要进行能源结构转型，并探索创新的清洁可再生新能源技术，以缓解环境压力。为解决不断恶化的淡水危机，污水净化和海水淡化已成为环境科学与工程领域的关键研究热点。自19世纪工业革命以来，人们开发了众多淡水处理策略，大体上可分为物理、化学和生物方法。然而，传统水处理技术固有的缺陷在于能耗高、运行成本高，以及可能产生二次污染。例如，反渗透脱盐依赖高压条件，而热蒸馏需要高温输入；这两种技术都严重依赖源自化石燃料的电力和热能，并排放二氧化碳及其他污染物，进一步加剧环境质量恶化。近年来，太阳能驱动界面蒸发作为一种新兴的低碳水处理技术，受到了广泛的研究关注。它已被应用于多个领域，包括海水淡化、废水净化、零液体排放脱盐和水电联产，以及衍生的大气集水技术。该技术完全依靠太阳辐射供能，降低了对化石燃料的依赖和污染物的排放，为缓解全球水-能源紧张提供了一种可持续策略。（章节摘录）太阳能驱动界面蒸发的起源与技术演变全球淡水资源分布不均。尽管地球表面约四分之三被水覆盖，但地球总水量中仅有约0.5%属于来自河流、湖泊和浅层地下水等实际可利用的淡水资源。被冰川锁定的淡水无法大规模开采利用，而快速增长的用水需求与人为水污染则不断缩减可用的淡水资源。太阳能驱动界面蒸发的光热机理与材料作为太阳能驱动界面蒸发系统的核心组成部分，光热材料负责将太阳辐射转化为热能。理想的光热材料应具备强宽带光吸收能力以最小化光学损耗，具备适当的亲水性以保证向蒸发界面持续供水，以及良好的热导率平衡，从而将热量限制在气-水界面，并减少对体相水的传导热损失。高效太阳能驱动光热界面蒸发器的构建策略高性能且长期稳定的界面蒸发系统并不仅仅取决于光热材料本身。合理的宏观结构配置、精细的微尺度水通道构建以及优化的能量管理，对于实现具有竞争力的综合性能同样至关重要。太阳能驱动界面蒸发器的应用由光热材料、支撑基底和热绝缘层组成的太阳能驱动界面蒸发器，为缓解全球淡水短缺提供了一条有前景的技术路径。与传统水处理方法不同，界面蒸发系统能够通过太阳能驱动的光热转化和蒸发-冷凝过程，将丰富的非常规水资源转化为合格的清洁淡水。在实际应用中……结论与展望作为一种前景广阔的绿色低碳水处理技术，太阳能驱动界面蒸发为缓解全球淡水匮乏提供了可行方案，并成为环境水修复领域快速发展的研究热点。本综述系统地总结了光热转化机理、功能材料体系和蒸发器结构配置方面的研究进展，并从增强的角度，从三个维度批判性地分析了提升界面蒸发性能的核心策略。资助本研究由内蒙古农业大学学科交叉研究基金（项目编号：BR231403）资助。作者贡献声明李宝超：撰写——初稿、可视化、数据整理、概念构思。赵学松：概念构思。高宏宇：验证、形式化分析、概念构思。王伟栋：验证、指导。王光龙：概念构思。李双：数据整理、概念构思。李琪：撰写——审阅与编辑、项目管理、经费获取。利益冲突声明作者声明他们不存在任何可能影响本文所报告工作的已知竞争性经济利益或人际关系。作者列表：李宝超｜赵学松｜高宏宇｜王伟栋｜王光龙｜李双｜李琪