摘要
随着人口的增长和经济的发展，淡水短缺已成为一个严峻的挑战。界面式太阳能水蒸发是一种高效、绿色环保的海水淡化技术，有望缓解水资源短缺。由于自然条件下低效的光热蒸发过程和常伴有的盐沉积现象，持续高效太阳能海水淡化是目前面临的巨大挑战。本文以强化光吸收、设计抗盐沉积结构和优化热管理等为基础，通过对光热材料和蒸发结构的设计，提升了蒸发效率，实现了长时间稳定运行，具体研究内容如下： （1）选取叶状咪唑沸石骨架（ZIF-L）作为基体，借助Co2+的催化作用，实现ZIF-L表面上多巴胺（DA）的自聚合，并与海藻酸钠混合，涂覆在三聚氰胺海绵的表面，形成光热蒸发膜；其具有宽光谱范围的光吸收率和高亲水性，保证了界面蒸发过程中对太阳光高效吸收和充足的水供应并具有良好的抗盐沉积能力。在一个太阳光(1 kW m-2)照射下，水蒸发速率和太阳能转换效率分别为1.66 kg m-2 h-1和91.06%。在高浓度盐水中实现持续高效的蒸发，并在污水处理应用中也有突出表现。 （2）为进一步提高光吸收能力和实现无光照条件下的持续蒸发，制备了纳米花形Ni/Co双金属氧化物半导体为光热材料，其具有较窄的带隙（1.73 eV）和高光吸收率（平均吸收率≥95%）等优点，保证了高效光热转换和光吸收；海藻酸钠凝胶为输水层，避免盐分沉积现象，并通过COMSOL仿真模拟设计了相变储热结构。在一个太阳光（1 kW m-2）照射下，水蒸发速率和太阳能转换效率分别为1.51 kg m-2 h-1和96.02%；无光照条件下蒸发速率可达0.62 kg m-2 h-1，相比于纯水提高了682.5%，并在模拟间歇性太阳光照条件下保持稳定高效蒸发。 （3）为了进一步提高太阳光的利用率，选取三维泡沫镍为基底，ZIF-L为前驱体，制得阵列结构的氧化钴/三维泡沫镍复合光热材料，并利用十八烷硫醇对其表面疏水化处理；其具有的优异光吸收性能（gt;90%）和抗盐沉积特性，满足了高效界面蒸发设计要求。泡沫镍具有优异的导热性能，可以在进行光热蒸发的同时从环境中吸收能量，促进水分蒸发。在一个太阳光（1 kW m-2）照射下，水蒸发速率高达1.69 kg m-2 h-1，太阳能-蒸汽转换效率高达104.18%，突破了理论极限。
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