随着人类社会的快速发展，淡水资源的匮乏已成为人类社会有待解决的巨大难题。目前，数十亿人饱受淡水短缺的影响。因此，提供充足的淡水是一项具有挑战性的工作。界面光蒸汽转换技术（ISSG）可以有效地从海水、湖水和工业废水中获取淡水，已成为解决淡水短缺最有前途的策略之一。为提高太阳能蒸发器的光-蒸汽转换性能，研究者通常选用各式各样的亲水基体来保证快速的水供应。然而，过快的供水会使得蒸发器内部存在大量未蒸发的水，这不仅浪费了由光热转换产生的能量，而且加剧了热传导损失，削弱了热局域化效应。这些阻碍了蒸发器水蒸发率的进一步提高。

  近日，郑州大学刘文涛教授带领的智能高分子材料团队（SPM）与郑州大学胡俊华教授、湖北大学Muhammad Sultan Irshad博士合作，受阿拉伯圆顶建筑风格的启发，通过在天然玉米秸秆（NCS）的空腔中发泡秸秆基光热聚氨酯海绵（SPPU）得到太阳能蒸发器。这种分层设计在ISSG期间将水截留在SPPU和NCS之间的界面处，从而平衡水的供应和蒸发，强化了热局域化效应。此外，阿拉伯圆顶式结构的SSPU确保了在不同光入射角下的出色光热转换。制备的蒸发器在1个太阳光照下显示出出色的蒸发率（2.18 kg/m²/h），并且在一天的自然阳光下的淡水产量可达3.58 kg/m²。 

图1秸秆衍生的3D太阳能蒸发器的制备示意图。 

图2（a和e）SPPU-0、（b和f）SPPU-1、（c和g）SPPU-2和（d和h）SPPU-3的SEM图像。样品的（i） 孔隙率，（j）密度，（k）光照下的表面温度，以及（l）红外热成像图。

图3 不同的（a）HPC含量和（b）高度比例（空腔与吸管的高度比）对SPPU@NCS蒸发速率的影响。基于响应面分析拟合的（c）三维曲面和（d）映射的模型。

图4 在（a）黑暗和（b）光照下，漂浮在水面上的太阳能吸收器的质量随时间的变化。（c） 稳定ISSG期间太阳能吸收器中的水分分布示意图。（d）SPPU和（e）SPPU@NCS表面温度分布的COMSOL模拟图。（f）SPPU和SPPU@NCS的水蒸发性能。

图5 在不同角度光照下，（a-c）圆柱形蒸发器和（d-f）阿拉伯式蒸发器表面温度分布的COMSOL模拟图，以及蒸发器的（g）表面温度和（h）蒸发率图。

  论文信息

  Arabic-dome-inspired hierarchical design for stable and high-efficiency solar-driven seawater desalination

  Changyuan Song , Muhammad Sultan Irshad, Yin Jin , Junhua Hu *, Wentao Liu *

  Desalination 544 (2022) 116125

  https://doi.org/10.1016/j.desal.2022.116125