深圳大学团队提出新型溶解制造策略，让海水蒸发效率高达94.2%

在地球上的水资源里，只有少部分是可以直接饮用的淡水，大部分都是不能饮用的海水。如今，饮用水的缺乏已经成为全世界最严峻的挑战之一。

海水淡化技术，是解决这一危机的有效途径。这是一项致力于解决全世界淡水资源紧缺的绿色技术，一般通过两类方式来实现：一类是渗透法，另一类则是蒸馏法。

以蒸馏法搭建的海水淡化系统的核心部件，是一个具有宽波段太阳光吸收能力的光吸收器。该吸收器不仅需要具备优异的光热转化性能，而且还需要该光热表面具有一定的亲水性能。

吸收器表面的光热转化性能，可以将太阳光直接转化为热，从而促使表面的海水蒸发形成淡水。而其表面的亲水性能，则可以驱使海水源源不断地供应给光热表面，借此保证吸收器表面的持续蒸发。

目前，各类材料已经可以直接或间接地用于海水淡化。尽管蒸发效率已经达到了实际应用中大规模生产的标准。但是，制备周期、材料的稳定性等关键要素往往被忽视，这极大限制了这些材料在海水淡化中的实际应用。

近日，深圳大学机电与控制工程学院特聘教授团队提出一种通用且新颖的溶解制造策略。

这一策略不仅可以很便捷地制备多孔结构，而且还可 以人为地调控多孔结构的形貌和维度。利用该策略，他们设计了一种多级多孔的结构，该结构的表面能够同时满足海水淡化时所需的优异光热性能和亲水性能，并且在用于海水淡化时表现出具有竞争力的蒸发速率和效率。

同时，溶解制造策略大幅度缩短了该结构的制备周期时长，将有望在实际的海水淡化中实现大规模应用。

图 | 马将（来源：）

能够实现上述效果，得益于课题组使用的一种新型材料金属玻璃（又称非晶态合金），其具备独特的热塑性能。

利用这一性能，在 30 秒内可以轻易制备一个光吸收器，且具有强大的光热性能和宽波段吸收能力。

而在蒸发性能上，当处于太阳光的照射之下，这款海水淡化系统的蒸发速率是海水蒸发速度的 3.48 倍，蒸发效率则高达 94.2%。

（来源：Nano Energy）

近日，相关论文以《用于太阳能蒸汽产生的具有强宽带吸收和光热转换性能的多级多孔金属玻璃》（）为题发在 Nano Energy（IF 19.07）上，且被选为同期的背封面文章，傅佳男是第一作者，担任通讯作者。

图 | 相关论文（来源：Nano Energy）

对于该团队在金属玻璃上制备得到的多级多孔结构，评审专家表现出浓厚的兴趣，也肯定了这种多级多孔结构在海水淡化上的应用。

“其中最为难忘的审稿意见是，考虑到我们制备的样品在实际海水淡化中的应用，审稿人提出海水蒸发后的一些结晶物质，会堵塞多孔结构进而影响实际蒸发效率。因此，如何在长时间的蒸发过程中，保证多孔结构在海水中的蒸发效率是此次研究的关键，”说。

除了提出问题，审稿人还附带提供了一个解决思路。基于此，该团队做了一些系统性的补充实验，尽管操作步骤比较多，但是最终得到的结果，也让论文更加具备严谨性。

目前该课题组最主要的研究方向之一，便是利用金属玻璃的热塑性能，来设计和制备各种先进材料。

在发掘这些材料的应用上，他们尝试过多种方法，比如散热、油水分离、光热治疗、以及催化等。

针对此次制备的纳米级多级多孔结构，该团队已经进行了各类催化反应的研究，证实其确实具有优异的催化性能。

而在其他的功能设计上，他们也将通过进一步的设计，来让该结构拥有更多功能。

（来源：Nano Energy）

表示，通过让学生自由探索，目前其已取得了一些很好的科研成果，比如金属玻璃在室温下的超声塑性 [2]、超声振动诱导晶化金属玻璃的超快速再非晶化 [3]、以及金属玻璃在过冷液相区的粘接性 [4] 等成果。

其中，最核心的便是纳米级多级多孔结构的制备。当首次制备出这种结构时，课题组的心情十分兴奋。

他们发现金属表面原本的金属色泽变成了漆黑色，联想到之前在金属玻璃表面制备纳米结构以后，金属表面出现过相同的现象。因此，他们初步认为颜色的改变，是由于纳米级的多级多孔结构将可见光进行捕获并吸收造成的。

由于电镜和能谱的问题，在高倍数的电镜下该团队只拍到一些模糊的图像，并没有观察到纳米级多孔结构。这一结果让他们怀疑表面的黑色，是由于实验过程中的氧化导致的。

后来，他们重新对该样品表面进行观察，实验结果证实了他们之前的猜想。

在高倍数的电镜下，课题组观察到微米孔壁上存在大量的纳米多孔结构。而且当观察样品的截面时，可以清晰地观察到一层纳米多孔层与金属玻璃基体连接。

（来源：Nano Energy）

尽管利用热塑成型的方式在金属玻璃上制备纳米级多级多孔结构是前所未有的，然而如何寻找该结构的应用则让他们犯了难。

说：“我们只能从一些基础性能进行表征，比如吸光性能、光热转换性能、以及润湿性能等等。”

对这些性能测试之后，在对结果进行汇总和综合评估时，他们惊喜地发现这些性能非常适用于海水淡化。有了具体研究方向之后，课题组开始严谨详细地制定研究方案，并开始通过查阅一些文献，来助力海水蒸发测试平台的搭建。

（来源：Nano Energy）

基于金属玻璃的“胶水”作用、以及可以和食盐等可溶性物质进行粘接的特性，该团队又提出了“溶解制造”的概念。

目前来看，对于制造金属基多孔材料来说，追概念具有非常明显的优势，预计在能源催化、精密制造、功能表面等领域，可以催生一系列的原创性研究。

表示：“后续研究分为三个部分。第一是探索纳米级的多级多孔结构的其他功能应用；第二是将溶解制造这一策略扩展到制备纳米级通孔的金属玻璃块体上。

目前我们已经取得一些满意的结果；第三我们打算设计一些具有优异光热转化性能和亲水性能的样品，以用于高效的海水淡化，届时将主要围绕易制备、低成本、高性能、大规模这四个维度进行设计与制备。”

参考资料：

1. Nano Energy 106 (2023): 108019.

2.Applied Materials Today 21 (2020): 100866

3. Journal of Materials Science & Technology 142 (2023): 76-88.

4.Materials Horizons 8.6 (2021): 1690-1699，Applied Materials Today 29 (2022): 101565