随着科技的进步和社会的发展，人类面临着巨大的淡水短缺压力。各种成熟的技术，包括蒸馏、离子交换、电渗析、反渗透、纳滤以及其他重要的净化海水和废水的方法，然而这些技术的实际应用受到大量设备成本、高费用和显著能耗(5- 8kw /m 3)的限制。太阳能驱动的水蒸发利用了丰富的太阳能资源，是一种很有前途的从海水或污染废水中制取清洁水的方法。在早期阶段，太阳能驱动的水蒸发技术涉及将光热材料浸入并悬浮在水体中，但这一些方法极大地限制了光热材料的光捕获能力。此外，与这些过程相关的大量热损失大幅度的降低了太阳能的有效利用。

  为了应对上述挑战，太阳能驱动的界面水蒸发(SIE)由于其将太阳能热能转移到水-空气界面的能力而引起了极大的关注。这一过程有效地将热量限制在蒸发层表面，最大限度地减少了热量损失，明显提高了水的蒸发效率。迄今为止，各种具有有效光吸收性能的光热材料，包括碳基材料、等离子体金属和其他无机材料，已经被广泛研究用于有效光热转换。合理优化太阳能蒸发器结构设计，改进光/热管理，调节水的形态，明显提高了水的蒸发性能。太阳能蒸发器的设计具有以下基本特点：(1)优异的光吸收能力：有效地吸收整个太阳光谱的能量并将其转化为热量，在水-空气界面产生清洁的蒸汽。(2)低热损失：利用环境能建立冷蒸发界面，努力防止散热量向散装水散失，优化SIE的热利用。(3)有效的输水能力：亲水性太阳能蒸发器向蒸发表面提供连续的输水，促进了水净化过程中有机污染物与催化剂之间的相互作用。此外，水的蒸发速率也受到太阳能蒸发器结构中水形态的限制。

  河海大学环境学院敖燕辉教授团队回顾了基于各种光热材料的先进SIE系统的设计策略，重点介绍了用于水净化的太阳能蒸发技术的最新进展（图1）。

  首先，介绍了几种具有高光热转换能力的光热材料。随后，对光吸收和能量管理等优化策略进行了详细的分析和总结。更重要的是，重点介绍了双功能蒸发器净化几种典型废水的机理和最新进展。最后，强调了SIE系统在废水净化处理中的局限性，并提出了对未来的展望。

  图2：(a)剥离石墨层和碳泡沫组成的双层结构图。(b)双功能TiO2-Au-AAO膜示意图。(c)制备的二硫化钼纳米花的SEM图像。(d) MXene Ti3C2排列MXene气凝胶光热转换应用示意图。(e)电化学沉积法制备界面加热光热转换膜示意图

  图4：激光扫描共聚焦显微镜(a)三维LPE和(b)二维膜。(c)充满水的蒸发器表面照片和带有三维微通道的蒸发器表面示意图

  图5：(a)太阳光谱辐照度(am1.5)。(b)黑金膜两步阳极氧化工艺示意图。(c) rGO和rGO- mwcnt光热层示意图。(d)二维盘状结构和三维杯状结构的漫反射和热辐射路径方案

  图6：(a)泡沫碳保温层示意图；(b)双层结构在10 kW m-2太阳辐照下的太阳能蒸汽生成图。(c)环境能增强界面太阳能蒸汽发生器示意图。(d) 3D GO秸秆蒸发器的优点。(e)采用高导热支架的蒸发器示意图和(f) 1.0太阳照度下的蒸发速率比较

  图7：(a)基于聚乙烯醇和聚吡咯的分层纳米结构凝胶太阳能蒸发器。(b) UiO-66-COOH中一个水团簇内以及水团簇与羧基之间氢键的分子动力学模拟。(c)表面图案水凝胶太阳能蒸发器的示意图。(d)大块水与cu -水界面的界面蒸发过程

  图8：(a)基于TiO2的双尺度多孔光热/光催化膜。(b)水和VOCs在聚合物膜上的选择性蒸发过程。影响(c) PMS和(d) PDS激活的因素。(e) Co-NC/CF膜用于太阳蒸汽生成和过硫酸盐介质水净化的示意图。(f)装载金属颗粒的木质光热蒸发器在高浓度混合VOCs废水净化中的应用。(g)自调节太阳能蒸汽发生器现场去除挥发性有机物示意图

  图9：(a) MXene水凝胶膜集成太阳能驱动水蒸发和水净化。(b)环境能增强型太阳能蒸发器处理前后重金属离子浓度。(c)具有处理重金属离子能力的三维人工蒸腾装置示意图。(d)多孔亲疏水/疏水纤维素石墨烯气凝胶净化重金属废水机理图

  与其他传统的海水淡化和水净化方法相比，SIE技术具有可持续性和高能效。在能源短缺和环境污染的双重考虑下，利用丰富的太阳能生产清洁水具有广阔的应用前景。总结如下：

  (1)太阳能蒸发器界面反应位点不足，导致VOCs运输路径短，无法有效捕获原位VOCs。因此，所设计的蒸发器一定要有合适的孔隙结构。

  (2)太阳能蒸发系统通过物理吸附机制净化废水时，积累在太阳能蒸发器上的污染物会阻碍光的吸收，降低效率。在这种情况下，物理吸附可以与催化降解相结合，以更有效地去除污染物。

  (3)目前的研究大多集中在净水的收集上，而原水中的有机污染物在SIE过程中会被集中，会造成更大的问题。因此，有必要开发合理的设计方法，包括吸附、光催化降解、高级氧化以及与SIE的Fenton/Fenton-like偶联等，使蒸发器表面产生的ROS能用来原位处理有机污染物并产生清洁水。

  (4)迄今为止，SIE在处理高浓度复杂水体方面面临着极大的挑战。在实际的工业水体中，如何设计高效的SIE系统来实现高效的污染物去除是我们该关注的重点。

  (5)虽然SIE已被证明是一种生产清洁水的有前途的策略，但实际太阳光照(通常只有0.6太阳)驱动的蒸发效率往往不高。因此，为了更好的提高光热转换效率，SIE技术需要具有更高透光率的冷凝水收集装置。

  (6)虽然采用了3D蒸发器来提高蒸发速率，但蒸发面积等参数需要明确。此外，现有研究中计算能量转换效率的重要参数不够明确。此外，由于不同工程的试验条件不同，因此不容易对这些SIE系统的效率作比较。一些外因如温度、湿度、空气对流流量等对太阳能蒸汽的产生有显著影响，因此应明确规定标准实验条件。

  (7)虽然已有研究表明界面蒸发具有很大的优势，但当蒸发器含水过多时，传热损失增大，影响蒸发速率。在这种情况下，合理设计吸收器，例如建造独特的疏水核/亲水壳结构，其中只加热薄层水，避免加热多余的水，被认为可以大幅度提高蒸发速率。

  (8)在三维太阳能蒸发器的设计中，吸收器表面温度随着光强的增加而升高，这必然导致顶部蒸发面能量损失的增加和侧面环境能量增益的减少。未来可以合理设计高表面体积比的新型材料，降低蒸发器的表面温度，来提升其在高光强下的蒸发速率。

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