上海市太阳能学会

水和能源是现代社会中的稀缺资源，与国家经济和社会发展息息相关。许多地区淡水资源的短缺和能源发电基础设施的不足进一步恶化了水和能源的供应。太阳能驱动的界面光热蒸发技术被认为是一种绿色可持续的解决方案。太阳能是驱动水蒸气产生的主要能量来源，因此研究人员开发了各种光吸收体和光捕获结构以增强光热转换效率。然而对于大多数现有的太阳能水蒸发膜来说，其水蒸发速率和整体光热转换效率仍然受限于较低的热能利用率。

海南大学南海海洋资源利用国家重点实验室曹阳教授团队及其合作者针对这一问题，通过在木材基底上基于油菜花粉碳细胞和双层PVDF膜构建三层夹心光热膜结构，综合优化蒸发层水运输和热管理性能，实现碳细胞周围水环境和水蒸发模式调控，获得高效光热水蒸发膜。相关结果以“Sandwich Photo thermal Membrane with Confined Hierarchical Carbon Cells Enabling High-Efficiency Solar Steam Generation”为题，在线发表在Small（DOI：10.1002/smll.202000573）。

该论文中，研究者首先采用Cu盐活化的方法对分级空心结构油菜花粉进行碳化并构造大量孔结构，然后在木材基底上层层组装夹心光热膜结构。与石墨烯和碳纳米管相比，花粉碳细胞不但成本低、制备工艺简单，而且孔结构更加精细多样、结构稳定性更好。通过夹心结构的构建，花粉碳细胞的大空腔有利于降低蒸发层的水含量，减少热能损耗，而其球形结构则能拱起蒸发表面，增加有效蒸发面积。

通过水运输速率的控制，可调节花粉碳细胞周围水环境进而优化其水蒸发模式，而光吸收层两侧的能垒又可进一步增强热能局域化作用，提高热管理性能。所制备的光热膜可以实现高达1.87kgm−2h−1的水蒸发速率。

研究者相信，此项研究对于分级空心结构和生物质碳材料在界面光热水蒸发领域中的应用具有较好的启发作用。该论文第一作者为海南大学材料科学与工程学院硕士研究生田程，通讯作者为南海海洋资源利用国家重点实验室黄玮老师，涂进春老师和曹阳老师。论文得到国家自然科学基金项目、海南省自然科学基金项目，海南省重点研发计划等项目的支持。