全球淡水资源短缺和锂资源需求的双重挑战，正推动着科技创新的步伐。近期，一项新的研究成果，为解决这两大难题提供了全新思路。来自四川师范大学的白跃峰副教授和清华大学的危岩教授联合北京科技大学牛康民教授、武汉纺织大学刘延波教授、哈尔滨工业大学王威教授、贺诗欣教授等研究团队，共同开发出一种多孔整体式高分子光热泡沫材料（PDCPD-25%COE-10%ACAT），通过太阳能驱动界面水蒸发技术（SDIE），实现了海水淡化、废水处理与锂盐富集的高效协同，为高分子材料在能源与环境领域的应用开辟了新方向。

  2025年5月27日该研究以Scalable, high-efficiency porous monolithic polymer foam for solar-driven interfacial water evaporation and lithium extraction为题发表在《npj Clean Water》上。这项工作由四川师范大学、北京科技大学、清华大学、武汉纺织大学、哈尔滨工业大学等机构合作完成，论文第一作者为四川师范大学硕士研究生姜春杨。

图1. 通过烯烃复分解和氯化钠（NaCl）模板法制备多孔整体式聚合物基SDIE（PDCPD-25%COE-10%ACAT）的工艺示意图。

一、创新工艺：快速制备大面积高效蒸发材料

  传统高分子光热材料受限于复杂制备工艺和成本问题，难以规模化应用。本研究以胺基封端的苯胺三聚体（ACAT）为光热转化材料，采用烯烃复分解聚合与氯化钠（NaCl）模板法结合的工艺，仅需 5 分钟即可完成制备，成功制造出尺寸达800×600 mm2的大面积泡沫蒸发器——这是目前报道中最大的高分子基 SDIE 器件。

图2. 大面积多孔整体式聚合物基SDIE实物图，尺寸800×600 mm2

二、多场景应用：从海水淡化到锂资源提取

1. 海水淡化：高水蒸发速率与长期稳定性

  在模拟海水（3.5 wt% 盐浓度）中，该材料蒸发速率达3.32 kg·m?2·h?1，且经10 次循环测试后性能保持率超 95%，6 个月后蒸发速率仅下降 3.64%。通过该水蒸发器淡化后的水中 Na?、K?、Ca2?、Mg2?等离子浓度低于世界卫生组织（WHO）饮用水标准，证实其实际应用可靠性。

图3. 多孔整体式聚合物基SDIE在海水淡化中的蒸发性能。a) 太阳能界面水蒸发示意图；b) SDIE在不同浓度盐水中水蒸发质量变化曲线；c) SDIE在不同浓度盐水中的水蒸发速率；d) SDIE在循环水蒸发试验中的稳定性测试 ；e) 在不同盐浓度下，SDIE在半年后的水蒸发速率；f) 蒸发前后模拟海水中各重金属离子的浓度变化曲线。

2. 废水处理：高效去除有机染料与重金属

  面对含甲基蓝、甲基橙、罗丹明B 等有机染料及 Zn2?、Cd2?、Cr3?等重金属离子的废水，材料蒸发速率稳定在3.3 kg·m?2·h?1，染料去除率接近 100%，重金属离子浓度降低 3-4 个数量级，展现出广谱污染物处理能力。

图4.整体式聚合物基SDIE在污水处理中的性能表面。a) SDIE在染料废水中的水蒸发速率；b) SDIE在含重金属废水中的水蒸发速率。用HPLC、ICP-OES测定蒸发前后有机染料和重金属离子的浓度。c) 甲基蓝；d) 甲基橙；e) 罗丹明B；f) 各种重金属离子。

3. 锂盐富集：选择性分离助力资源回收

  针对盐湖卤水中锂资源提取难题，材料通过光热蒸发实现Li?与 Na?、Mg2?的高效分离。在高浓度的 LiCl-MgCl?混合溶液中，Mg2?/Li?浓度比从 5:1 降至 2.6:1，Li?在残留卤水中显著富集。这一特性可将传统锂提取周期从 12-18 个月缩短至数十天，大幅提升效率。

图5. 整体式聚合物基SDIE在锂盐提取中的应用。a) SDIE在饱和NaCl、MgCl₂、LiCl水溶液中1个太阳下光照不同时间的照片；b) SDIE光照不同时间析出的钠盐、镁盐、锂盐的质量变化；c) 蒸发后LiCl-MgCl?混合溶液中Mg²⁺与Li⁺的质量浓度比；d) 蒸发LiCl-MgCl?混合溶液所得沉积盐XPS结果。

三、户外验证：真实环境下的可靠性能

  在成都夏季自然光照条件下（太阳辐照度 0.807 kW?m?2），材料蒸发速率达3.33 kg·m?2·h?1，且在早晚低光照时段仍保持2 kg·m?2·h?1的稳定输出，验证了其在实际场景中的适用性。

  该研究不仅为全球淡水危机和锂资源短缺提供了创新解决方案，更彰显了高分子材料在能源环境领域的战略价值。随着技术进一步优化，这种高效、可扩展的光热泡沫材料有望在沿海地区水资源净化、盐湖提锂等场景中实现商业化落地，推动“水 - 能源 - 资源” 协同发展的可持续未来。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41545-025-00474-2