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近年來，關于太陽能光熱海水淡化的研究多集中于器件的結構設計，而新型光熱材料方面的研究進展則較為緩慢。我們認為新型多功能低成本光熱材料的開發設計對于該技術的應用同樣具有重要意義。在開發設計新型材料方面，我們的思路是該材料需具備以下幾點性能：

1.制(zhi)備過(guo)程要簡(jian)單溫和，盡量避(bi)免使用特殊設(she)備，使其容易大規模制(zhi)備；

2.材料成本(ben)一定要低(di)；

3.材料(liao)要有(you)較好(hao)的(de)光(guang)吸(xi)收和光(guang)熱性能；

4.材料具備較好(hao)的穩定性，可(ke)適用于多種(zhong)環(huan)境；

5.材料最(zui)好(hao)具有較好(hao)的普(pu)適性，并(bing)且兼容各種結構設計，為進一步提(ti)高其性能提(ti)供(gong)良(liang)好(hao)的平臺；

6.材料(liao)(liao)最好具有(you)一定的多功能(neng)性。目前所報(bao)道的材料(liao)(liao)很難同時滿足以上要求，這(zhe)就需要考慮從新的角度(du)去解決這(zhe)個問題。

我(wo)們一直以(yi)(yi)來都(dou)在從事基(ji)于貽貝仿(fang)生表(biao)/界(jie)面涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)設(she)計開(kai)發(fa)，我(wo)們就在思考，能否從涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)的(de)角度出(chu)發(fa)來解決(jue)上(shang)述問(wen)題。我(wo)們前期開(kai)發(fa)了TA-APTES涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)，該涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)具(ju)(ju)有良好的(de)普適(shi)性(xing)，可(ke)對具(ju)(ju)有不(bu)同形貌的(de)多種材料進行表(biao)界(jie)面改性(xing)，同時(shi)該涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)制備過程極其(qi)簡單，且成本很(hen)低。如(ru)果可(ke)以(yi)(yi)將該涂(tu)(tu)(tu)層(ceng)(ceng)(ceng)轉變為光熱(re)材料，則可(ke)以(yi)(yi)很(hen)好的(de)滿足上(shang)述要求。

因此，我(wo)們(men)做了一(yi)系列嘗試，最終發現經(jing)過簡單的(de)三價(jia)鐵離子處(chu)理，該涂層(ceng)即可變為(wei)黑色光熱(re)材(cai)料，同時(shi)，三價(jia)鐵離子處(chu)理還(huan)可以(yi)大幅提高該涂層(ceng)的(de)酸堿(jian)穩定(ding)性和賦予(yu)材(cai)料持久的(de)超親水性，可謂一(yi)舉三得。這一(yi)具有諸多優點(dian)的(de)新型涂層(ceng)將為(wei)光熱(re)材(cai)料的(de)設(she)計開發提供全新思路，并將極大的(de)促進該領域(yu)的(de)發展。

1.太陽能蒸發技術的研究現狀

飲(yin)用(yong)水(shui)(shui)(shui)(shui)短(duan)缺是(shi)全球最(zui)重要的(de)(de)(de)挑戰之一。近來，基(ji)于空(kong)氣(qi)/水(shui)(shui)(shui)(shui)界(jie)面(mian)處(chu)的(de)(de)(de)太陽(yang)(yang)(yang)能光熱(re)海水(shui)(shui)(shui)(shui)淡(dan)化/水(shui)(shui)(shui)(shui)凈化技(ji)(ji)術引起(qi)了學術界(jie)和工業(ye)界(jie)的(de)(de)(de)關注。與傳(chuan)統的(de)(de)(de)太陽(yang)(yang)(yang)能蒸(zheng)(zheng)發技(ji)(ji)術通過加熱(re)一整塊水(shui)(shui)(shui)(shui)來獲得(de)蒸(zheng)(zheng)汽不(bu)同，這項新技(ji)(ji)術將(jiang)熱(re)量集中鎖定(ding)在氣(qi)/液界(jie)面(mian)，從(cong)而可(ke)以最(zui)大(da)程度地減少熱(re)損失，并快速(su)的(de)(de)(de)將(jiang)水(shui)(shui)(shui)(shui)變為水(shui)(shui)(shui)(shui)蒸(zheng)(zheng)氣(qi)，從(cong)而大(da)幅提高蒸(zheng)(zheng)汽產生的(de)(de)(de)效率。盡管尚未在大(da)型工廠實施應用(yong)，但預計基(ji)于光熱(re)材料的(de)(de)(de)太陽(yang)(yang)(yang)能海水(shui)(shui)(shui)(shui)淡(dan)化/水(shui)(shui)(shui)(shui)凈化技(ji)(ji)術將(jiang)成為生產清潔(jie)水(shui)(shui)(shui)(shui)和減少廢水(shui)(shui)(shui)(shui)量的(de)(de)(de)經濟且可(ke)持(chi)續的(de)(de)(de)技(ji)(ji)術。

2.光熱材料的研發進展

到目前為止，已(yi)開發出(chu)各種(zhong)光熱(re)材料(liao)來產(chan)生(sheng)蒸汽(qi)，例(li)如等離(li)子體粒子，半導體，碳(tan)質(zhi)材料(liao)。作者已(yi)經開發了(le)一種(zhong)基于(yu)柔性卟啉有機骨架（POF）的界面工程(cheng)方法來生(sheng)產(chan)光熱(re)材料(liao)，并且該(gai)策(ce)略可用(yong)于(yu)包括(kuo)膜，織物，海綿和木材在內的各種(zhong)材料(liao)。

此外(wai)，作者(zhe)還制備了低(di)成(cheng)本(ben)的(de)單寧酸-鐵復(fu)合涂層，以制備用(yong)于(yu)太陽(yang)能蒸汽發(fa)電的(de)光(guang)(guang)熱(re)材(cai)料(liao)。盡管(guan)在(zai)過去兩年中(zhong)取得(de)了重(zhong)大(da)進展，但挑戰(zhan)仍(reng)然存在(zai)：在(zai)某(mou)些情況下，成(cheng)本(ben)高（例如貴金屬），復(fu)雜的(de)處理（例如高溫加(jia)熱(re)，多步合成(cheng)，或等離子處理）或用(yong)于(yu)制備光(guang)(guang)熱(re)的(de)專用(yong)設備阻(zu)礙了其工(gong)業(ye)應用(yong)。此外(wai)，對于(yu)水(shui)源被有機(ji)化(hua)合物（例如油）污染(ran)的(de)問(wen)題(ti)，常(chang)用(yong)的(de)碳(tan)化(hua)策略通常(chang)會剝奪光(guang)(guang)熱(re)基質的(de)超親(qin)水(shui)性(xing)，使其易于(yu)被水(shui)中(zhong)油滴(di)污染(ran)堵塞材(cai)料(liao)內(nei)部的(de)水(shui)輸送通道(dao)，進而大(da)幅降(jiang)低(di)產水(shui)速率。因(yin)此，仍(reng)然需要開(kai)發(fa)新(xin)材(cai)料(liao)以克服上述問(wen)題(ti)。

圖1.圖片概要

基于以上(shang)現狀，李越湘(xiang)教(jiao)授和(he)王振興(xing)博士(shi)等在國際知名(ming)期刊Nano Energy上(shang)發表題為“Versatile coating with multifunctional performance for solar steam generation”的(de)論文。王振興(xing)博士(shi)和(he)韓明才為本文共同第一作者。

在這項工作中，作者開(kai)發了一種新型(xing)材料(liao)，單寧酸@氨基(ji)丙基(ji)三乙氧(yang)基(ji)硅烷@Fe3+（TA@APTES@Fe3+），在效率，成本(ben)，可擴展(zhan)性(xing)，穩(wen)定性(xing)和適應性(xing)方面均表現出令人鼓(gu)舞的性(xing)能。TA@APTES@Fe3+與(yu)以前報道的材料(liao)（例如，碳質材料(liao)，等離(li)子體(ti)金(jin)屬，聚吡(bi)咯和半(ban)導體(ti)）不同，并且(qie)具有幾個明顯的優(you)點：

（a）方法簡單

該制造過程容易且溫和，可以在室溫下(xia)水溶液中實現，無需高溫、高壓、有(you)毒的有(you)機(ji)溶劑或復雜的設備。

（b）成本低廉

用(yong)于制備TA@APTES@Fe3+的試劑(ji)價格(ge)低(di)廉，易于獲得。材料(liao)成(cheng)本僅為1.6美元/平方米(mi)，低(di)于其他(ta)報告的材料(liao)。

（c）普適性和穩定性好

TA@APTES@Fe3+可以牢固地粘附在具有(you)各種(zhong)形狀和表面化(hua)學(xue)(xue)性(xing)質的基材（棉(mian)，濾紙，木材，PU海綿，甚至是(shi)化(hua)學(xue)(xue)惰性(xing)和高度疏水的PVDF膜(mo)）的表/界面上(shang)，具有(you)良好(hao)的酸(suan)堿穩(wen)定性(xing)，并可承受水沖洗處(chu)理(li)（3000r/min96h），循環(huan)凍(dong)融測試（?18°C?30°C，90次），這是(shi)其他已報(bao)道的涂層(ceng)（例如炭黑(hei)）難以實現的。

（d）良好的抗原油黏附性

TA@APTES@Fe3+具(ju)有穩(wen)定(ding)的超(chao)親水性和水下超(chao)疏油性，可(ke)賦予基材抗油和其他有機(ji)物(wu)污(wu)染的能力(li)。

（e）強的光吸收

基(ji)于上述(shu)優點，該涂(tu)層可以將(jiang)(jiang)多種不同基(ji)材(cai)(cai)轉變為(wei)(wei)高效(xiao)的(de)光熱材(cai)(cai)料，并用(yong)于太(tai)陽(yang)能海水淡(dan)化(hua)。以經過結構設計(ji)的(de)楊(yang)木(mu)為(wei)(wei)例，楊(yang)木(mu)其經過TA@APTES@Fe3+處理后(hou)，水蒸發速率達到(dao)約1.8kgm-2h-1（一(yi)個太(tai)陽(yang)光照強(qiang)度下）。這一(yi)技術有(you)望與目前的(de)3D打(da)印技術相(xiang)結合，通(tong)過3D打(da)印技術制備具有(you)優化(hua)結構的(de)基(ji)材(cai)(cai)，之后(hou)利用(yong)該涂(tu)層轉換為(wei)(wei)光熱材(cai)(cai)料，將(jiang)(jiang)有(you)望大幅提高太(tai)陽(yang)能海水淡(dan)化(hua)效(xiao)率，極大的(de)促進這一(yi)領域的(de)發展。