南京大学朱嘉教授团队、加州大学伯克利分校米宝霞教授团队、以及香港理工大学王鹏教授近日共同在2023年6月《自然-水》发表展望文章（Perspective）探讨太阳能水蒸发下一阶段的发展方向。

太阳能界面蒸发，通过吸收太阳能转化为热能局域在水-气界面从而实现高效水蒸发的技术，是近年来太阳能转化利用的一种新兴方式。在过去的十年间，得益于全球科研工作者的共同努力，该领域进展迅速，太阳能-蒸汽转换效率已接近热力学极限；与此同时，科研工作者也进行了大量基于太阳能界面蒸发技术的应用探索。在太阳能-蒸汽转换效率之外，面向不同应用的具体要求和基础层面的挑战在接下来的研究中值得重点关注。

在该论文中，作者首先讨论了太阳能蒸发技术最具前景的应用以及对应的追求指标，包括：淡水获取、污水与卤水处理、资源回收、蒸汽灭菌以及电能产生。随后，作者讨论了与蒸发性能息息相关且亟待探索的基础问题，例如微观热传输过程以及水分子间相互作用。此外，作者对太阳能之外的其他能量形式进行了讨论，以用于进一步提升蒸发性能。

作者期望太阳能蒸发领域在追求高能量转换效率之外，通过对不同应用方向的深入探索以及相应指标的追求促进该领域下一阶段的发展，从而推动这些应用的加速落地。同时基础层面的突破与其它形式能量的引入为实现这些指标提供了全新的机遇。在未来，太阳能蒸发技术的研究发现与经验也可被运用于其它领域，如催化、分馏、被动制冷等，并且对更广义的液-气相变研究具有一定的启发意义。

图1. 太阳能蒸发典型应用的关键指标。在能量效率（η_SV）之外，不同应用的关键指标包括：水收集速率J_prod（淡水获取）、蒸发速率J（污水与卤水处理）、回收率ɛ以及纯度φ_x（资源回收）、蒸汽温度T以及接触时间t（蒸汽灭菌）、太阳能到电能的转换效率η_SE（电能产生）。基础层面，微观热传输和水分子间相互作用与蒸发性能息息相关，需要进一步探索。太阳能（P_sun）之外，其它形式的能量（P_other）也可加速蒸发过程，亦需关注。

表1. 太阳能蒸发典型应用以及相应的追求指标

该成展望文章以“Going beyond efficiency for solar evaporation”为题在线发表在Nature Water上（doi: 10.1038/s44221-023-00086-5）。南京大学徐凝副研究员和李金磊博士为论文的共同第一作者；南京大学朱嘉教授、加州大学伯克利分校米宝霞教授和香港理工大学王鹏教授为论文共同通讯作者。

光热调控中心供稿