发布时间：2025-05-11 07:35:03 人气：
上海交通大学教授张垚鑫团队在综述论文中回顾了光热界面水蒸发的发展历程，梳理了现存争议性问题，包括蒸发焓调控方面的讨论。
2.光热界面水蒸发技术在多个应用领域展现出了广阔应用前景，如能量捕集、环境修复、蒸发制冷等。
3.然而，目前针对光热界面蒸发技术的研究仍面临提升效率与稳定性的空间有限，研究团队建议进行交叉研究以实现可持续发展。
4.为此，研究团队计划研究光热水蒸发中复杂环境下特定离子的迁移与分离过程，有望对水体矿产资源的富集提取做出重要贡献。
近日，上海交通大学教授张垚鑫团队在一篇综述论文中，回顾了光热界面水蒸发课题的发展历程，解析了过往围绕蒸发性能与处理盐水稳定性提升的重要里程碑式工作，也对现存的争议性问题进行了梳理，包括蒸发焓调控方面的讨论。
同时，针对性能研究日渐饱和的问题，他们发现不单单是在清洁水制取方面的应用, 光热界面水蒸发在能量捕集（如通过蒸发诱导的水伏发电效应）、环境修复（如光吸收体耦合吸附剂实现水体微塑料与土壤重金属离子的去除）、蒸发制冷（如对光伏板的冷却提效与水电联产）、清洁燃料的制取（如蒸发界面耦合光催化用于水蒸气的分解制氢）、农业应用（如海水的蒸发淡化用于海上农场的灌溉），以及资源回收（如海水的 Na/Li 蒸发分离提锂）等学科迥异的应用领域均展现了令人兴奋的应用潜力与价值，且上述多样的应用对推进水与能源的可持续进程将产生积极作用。
但是，目前针对这一系列耦合过程涉及的基础层面上的理解与研究还有待人们开展进一步的挖掘。因此，研究团队在论文中详细探讨并揭示了以上基于光热界面水蒸发的功能化主动设计策略，并建议在光热界面水蒸发纵向发展达到一个较为成熟的阶段后，尝试其在交叉领域的功能化横向探索或许能创造新的机会、带来针对传统问题的新解法，从而延续其可持续发展。
光热界面水蒸发这项技术在多个应用领域展现出了广阔应用前景。首先，作为一项去中心化的水处理与清洁水制取技术，光热界面水蒸发无需电力的输入仅靠太阳能即可实现稳定运行。此外，它对基础设施的依赖性较低，因此它非常适合离网、基础设施建设欠缺地区的水处理与海水淡化应用。一个典型的案例是，由美国加州大学伯克利分校 Mi Baoxia 教授带领的团队在其近期的一项研究中指出 [1]，印度尼西亚部分海岛缺乏充足的水供给设施与手段，而通过光热的方法实现海水的蒸发淡化可以帮助当地居民获取足以满足每日用水需求的清洁水源。
此外，除了清洁水源获取以外，相关的技术探索在太阳能驱动的蒸汽式医疗消杀、光伏板制冷以及海水/卤水盐分离与提锂等应用上，也实现了走出实验室的规模化示范。因此可以预见在不远的将来，基于光热界面蒸发的丰富应用将会逐渐走入大众的视野。
张垚鑫以及其团队长期从事光热界面水蒸发相关的研究。本次课题始于 2014 年，由美国麻省理工学院陈刚教授团队与上海交通大学邓涛教授团队同期提出。张垚鑫在新加坡国立大学攻读博士学位期间就开始了这方面的研究，至今已经近 10 年。
这种特殊的界面式水蒸发基于光热吸收与转化利用，因此过去研究的主流目的是，如何进一步提升太阳能到蒸发的转换利用效率。
经过多年的发展，通过先进光吸收体材料的研制与水热耦合调控管理，光热蒸发效率值已经从约 60% 提升至 90% 以上。与此同时，该技术在处理海水及浓盐水时的稳定性也得到大幅提高。
由于以往的研究基本都是以效率提升为主线与评价标准，然而在效率与稳定性均得到显著提高的情况下，后续的提升空间将非常有限。
同时随着技术成熟度的提高，对该技术的落地转化也应该纳入考虑。因此，针对该课题的未来研究面临着以上方向的问题。
于是，在这个节点研究团队撰写了这篇发表于Nature Water的综述论文，对这一问题进行了深度探讨，并借此希望提供一定的启发与借鉴。
据了解，本篇论文的第一作者毛可——是张垚鑫回国加入上海交通大学成立独立研究团队的第一位博士研究生（2023 级），因此，毛可同学延续了张垚鑫一直以来在光热蒸发方面的研究。
渐渐地研究团队发现，效率值的提升似乎已经难以代表当下阶段领域研究的重心，这一类的研究很难再产生足够的影响力，领域内越来越多的高水平论文反而不在执着于性能的提升与稳定性的增强。
结合张垚鑫此前的研究经历，他也意识到光热界面蒸发这项技术经过多年的发展后，已经到达一个相对成熟的平台期，许多材料和结构都已经可以实现非常高的效率与海水淡化的耐盐稳定性，多一种和少一个类似的替代性材料的重要性相对降低，如果要进一步突破实现研究方面的新意与技术上的创新，交叉研究将会是一个重要的思路。
基于以上思考，张垚鑫建议毛可阅读分析更多的关于光热蒸发交叉应用的研究，借此他们发现领域内的许多前辈和知名团队其实都已经在布局发展基于光热水蒸发的交叉研究。
好的综述论文并非一蹴而就，也需要一个攻坚克难的阶段。为提升内容的专业性，研究团队针对每一个内容要点均进行了详细的专题探讨，以实现其内在机理与逻辑的串联。
同时，张垚鑫也将这篇综述论文的构思与结构向自己的博士论文导师——新加坡国立大学的陈瑞深教授做了分享。
投稿中，研究团队在审稿“battle”阶段与审稿专家、国际同行产生了共鸣。由于课题组在综述论文中表达的核心思想衍生于张垚鑫个人对领域课题发展产生的思考，因此他们并不确定同行专家们是否认可他们的看法。
但在课题组收到审稿意见之后，他们发现审稿专家与研究团队在这一问题上达成了共识。此后，通过修改与审稿系统，课题组与审稿专家对论文涉及到的一些领域内争议性话题进行了深入探讨。这次宝贵的经历让他们收获很多，并对领域的可持续研究与健康发展产生了新的认识。
基于课题组此前在光热界面水蒸发课题上的研究积累，下一步研究团队计划研究光热水蒸发中复杂环境下特定离子的迁移与分离过程，因为此前对水盐的整体运动规律的研究已经较为完备，但基本以氯化钠（NaCl）盐溶液为研究对象，而对具有复杂离子体系水体（如真实海水与盐湖水）的研究仍有欠缺，尤其是对其中某项特定离子的蒸发筛选与分离将会是一项重大挑战。
为此，研究团队计划采用光热水蒸发与离子吸附的方法，通过构筑新型光吸收体材料并对其进行特殊的吸附剂修饰，将有希望实现对特定物种的快速与高选择性富集与提取。
以上研究预计将会对水体矿产资源的富集提取做出重要贡献，比如海水/盐湖水提锂与海水提铀。
另据悉，张垚鑫曾入选美国斯坦福大学2024 年全球前 2% 顶尖科学家榜单。此前，张垚鑫围绕不同模态下的水（如海水、大气水以及微纳界面水等）与材料界面相互作用开展了一系列研究，重点探索其中涉及的界面能质传输过程，目标提升能源转化利用的整体效率与稳定性，其中主要涉及光热界面水蒸发与大气水吸附过程两项课题。
在光热界面水蒸发方面，张垚鑫此前的研究阐明了多孔光热蒸发界面的水盐输运机制，并提出耐盐的虹吸强迫对流式蒸发结构，解决了由热质不平衡引发的蒸发界面盐污染的科学难题，为实现长期稳定的太阳能海水蒸发淡化提供了一种有效的热质调控方案，并在后续研究中为领域的规范性健康发展提供了标准化建议。
在大气水吸附方面，张垚鑫参与开发了基于新型有机配体修饰高稀释度金属离子配位环境的吸湿水凝胶的构筑策略，为大气水吸附/脱附动力学的调控提供了新思路，实现了界面水分吸附与光热蒸发脱附性能的显著提升。
此外，张垚鑫进一步探索了水吸附过程涉及的能量转移现象，构筑了含氧官能团炭黑纳米涂层耦合的非对称吸附结构，发展了电容型湿气发电机并实现了电能的同步一体化存储，揭示了从湿气中获取能源的能量有效转换机制，拓宽了对水吸附过程的基础理解与深层次认知。
