高分子科学前沿3月4日讯：太阳能驱动的界面蒸发系统可实现对太阳能的吸收与转化，用于可持续的海水淡化，被认为是缓解淡水短缺最有前途的方法之一。同时，在界面蒸发过程中，因水流的定向移动，可在密闭区域内实现稳定的水合离子的定向迁移，诱导平面内电位差。如何同时实现高效的海水淡化和蒸发发电是光热转化领域的重大挑战之一。

近日，北京化工大学材料学院汪晓东教授团队报道了一种具有分级结构的3D太阳能界面蒸发系统，实现了高效的输出电压和水蒸发。该研究成果以“Phase Change Material Boosting Electricity Output and Freshwater Production through Hierarchical-Structured 3D Solar Evaporator”为题发表在国际学术期刊《Advanced Functional Materials》。论文的第一作者为北京化工大学材料学院硕士生李文成，通讯作者为刘欢副教授和汪晓东教授。该课题得到了北京市自然科学基金和国家自然科学基金的资助。

此界面蒸发系统以3D打印的碗状支架为支撑材料；负载纳米炭黑颗粒的聚（对苯二甲酸乙烯酯）织物为光热和导电材料，其粘附于3D支撑材料的内表面，实现对光的吸收、转换以及电传输；石蜡相变材料为热温调控填料装载于3D支撑材料夹层当中，通过可逆相态变化调控蒸发系统在间歇性光照条件下的水蒸发能力和输出电压；3D支撑材料底部为聚氨酯泡沫，起到水传输的作用。相比于传统的2D蒸发系统，此3D界面蒸发系统的独特结构，更有利于对入射太阳光的吸收，极大地提升水蒸发能力，水蒸发速率提高了136%。

图1 3D太阳能界面蒸发系统结构示意图及吸光和蒸发性能

在自然光光照条件下的测试中，该3D太阳能界面蒸发系统获得了3.51 V的最大输出电压和4.0 kg m−2 h−1的蒸发速率。得益于相变材料的高储热特性（相变焓220 J g−1），可在足够的太阳照射下存储耗散的光热能量，并在缺乏太阳光光照时加以释放，以促进电力输出和淡水生产。与不含相变材料的界面蒸发系统相比，该3D太阳能界面蒸输出电压和蒸发水量有了明显提升，对电容器充电时间减少了57.9%，8 h内所收集的蒸发水量高出了29.9%。通过合理设计将相变材料与碳纳米光热材料集成到一个具有分级结构的3D界面蒸发系统，充分利用碳纳米光热材料的光热吸收、转换与导电特性，以及相变材料的储能特性，所开发的3D界面蒸发系统在间歇性自然太阳光光照下同时发电和供水具有巨大的应用潜力。（本刊有删节）详情见高分子科学前沿

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202316504