近日，我校材料科學與工程學院光熱轉換材料功能化調控及應用創(chuàng)新團隊在材料學國際頂級期刊《Materials Today》上發(fā)表了題為“Engineering thin water film and cluster evaporation towards extraordinarily high 2D solar vapor generation”的研究性論文。王成兵教授為論文通訊作者，汪帆博士（已畢業(yè)，目前在青海大學工作）為論文第一作者，陜西科技大學為唯一署名單位。

傳統(tǒng)太陽能蒸發(fā)器通常采用多孔結構，依賴毛細作用將水從底部輸運至蒸發(fā)界面。然而，該結構中存在的大量水體在加熱過程中會引發(fā)顯著的寄生熱損失，嚴重制約蒸發(fā)效率的提升。因此，適當減少蒸發(fā)器內的水含量，有望更好地匹配光熱轉換所產生的熱量與蒸發(fā)過程所需的能量。目前常見的解決方案是將蒸發(fā)器置于織物包裹的隔熱基材上，以避免與本體水直接接觸。然而，織物本身所形成的類水體界面仍會導致不可避免的熱傳導損失。此外，在分子層面上，液態(tài)水蒸發(fā)必須破壞其氫鍵網(wǎng)絡，該過程所需能量較高，從根本上限制了蒸發(fā)速率的進一步提升。因此，開發(fā)能夠協(xié)同利用薄層水膜并優(yōu)化水蒸發(fā)行為的新型蒸發(fā)器，已成為解決上述問題的關鍵方向。

為此，王成兵教授團隊提出了一種將水膜與團簇蒸發(fā)相結合以實現(xiàn)高效蒸汽生成的策略。通過激光蝕刻在鋁片上形成微網(wǎng)絡結構，并負載PPy和SiO?。隨后，組裝了帶有濃鹽水流通通道的二維金屬蒸發(fā)器（F–S–Al）。水以層狀水膜的形式沿微網(wǎng)絡結構擴散。同時，在毛細力的作用下，它沿著負載有PPy和SiO?的突起表面爬升，形成十微米級別的薄水膜。此外，PPy和SiO?的納米孔通過受限空間效應促進了團簇水的形成。分子動力學模擬揭示了團簇水的蒸發(fā)過程。更重要的是，通過收集傳統(tǒng)水蒸發(fā)以及P–Al和S–Al界面蒸發(fā)系統(tǒng)對原始LiCl溶液（50 g L?1，100 g L?1）進行脫鹽后的冷凝水中Li?濃度的變化，驗證了團簇水的存在。最終，該蒸發(fā)器在1.0個太陽光照下實現(xiàn)了90.8%的效率和4.05 kg m?2 h?1的優(yōu)異二維蒸發(fā)速率。此外，即使在處理15.0 wt%的模擬海水進行脫鹽時，該蒸發(fā)器也能保持3.57 kg m?2 h?1的高蒸發(fā)速率且無鹽沉積，表現(xiàn)出優(yōu)異的抗鹽能力。這種利用超薄水膜和團簇蒸發(fā)的太陽能驅動蒸發(fā)器，在太陽能驅動蒸汽生成方面展現(xiàn)出巨大的潛力和廣闊的應用前景。

超高蒸發(fā)速率2D金屬基蒸發(fā)器的設計理念

王成兵教授領導的光熱材料的功能化調控與應用創(chuàng)新團隊在2025年發(fā)表多篇高水平學術論文，進一步提升了我校在光熱材料研究領域的國際影響力。

(1) Fan Wang, Chengbing Wang,* Dan Wei, Guifeng Li, Wenhe Zhang, Zexiang Zhao Engineering thin water film and cluster evaporation towards extraordinarily high 2D solar vapor generation, Materials Today 2025, DOI: 10.1016/j.mattod.2025.09.023.

(2) Wenhe Zhang,? Chengbing Wang,*? Lu Wang, Fan Wang, Puxin Tan, Jinchi Ma, Jingjing Jin, Zhongrong Geng,* Hongyao Xie,* Li-Dong Zhao*, All-day freshwater and power generation via integrated photothermal-enhanced thermoelectrics and evaporation cooling, Energy & Environmental Science 2025, 18, 7916–7927.

(3) Bo Wang, Chengbing Wang,* Yang Li,* Jingjing Jin, Xuli Lin, Chenyi Shi, Bionic-design: Nature insight into solar interfacial evaporators, Energy & Environmental Science 2025, 18, 3432–3461. (Inside Front Cover)

(4) Puxin Tan, Chengbing Wang*, Dan Wei*, Fan Wang*, Zexiang Zhao, Wenhe Zhang, Laser processing materials for photo-to-thermal applications, Advances in Colloid and Interface Science 2025, 337, 103385.

(5) Lu Wang, Chengbing Wang*, Dingwen Yin, Wenhe Zhang, Puxin Tan, Zexiang Zhao, Jingjing Jin, Xiaoxue Wang, Surface water evaporators mimicking river transport: bridging water-energy conflict for crystallization-free hypersaline desalination, Water Research 2025, 287, 124416.

(6) Wenhe Zhang, Chengbing Wang*, Jingjing Jin, Lu Wang, Fan Wang, Zexiang Zhao, Zehua Zhang, Jinchi Ma, Photoelectric coupling enhanced absorbers for boosting thermoelectric generation, Journal of Materials Science & Technology 2026, 249, 99–108.

(7) Lu Wang, Chengbing Wang*, Wenhe Zhang, Hang Zhu, Jingjing Jin, Dingwen Yin, Wanda Liao, Jinbu Su, Seamlessly integrated flexible Janus membranes enabling water-heat-salt synergy for solar desalination and wastewater treatment, Journal of Energy Chemistry 2026, 112, 701–711.

(8) Zexiang Zhao, Chengbing Wang*, Photothermal textiles achieve sustainable desalination, Device 2025, 3, 100776. (Invited Preview)

(核稿：伍媛婷 編輯：趙誠)