實現(xiàn)高效光熱界面蒸發(fā)需要協(xié)同集成熱管理、水傳輸動力學(xué)和光捕獲這三個關(guān)鍵要素，而這些要素往往難以協(xié)調(diào)。近日，化學(xué)與化工學(xué)院黃文歡教授課題組與合作者在光熱轉(zhuǎn)換材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。團(tuán)隊通過一種綠色、簡便的方法，成功設(shè)計并制備出一種具有超低金屬含量的高熵單原子光熱材料。該材料具備可調(diào)控的分層納米/微/宏觀多孔結(jié)構(gòu)，顯著提升了光吸收效率。將高熵單原子與聚合物體系結(jié)合，采用化學(xué)發(fā)泡交聯(lián)技術(shù)構(gòu)建出穩(wěn)定的三維多孔網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，并通過自組裝策略進(jìn)一步調(diào)控形貌，形成獨(dú)特的錐形陣列結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)可有效增強(qiáng)光在材料表面的多次反射與捕獲，大幅提高太陽光的利用率。實驗結(jié)果表明，所制備的光熱蒸發(fā)器在標(biāo)準(zhǔn)太陽光照（1 kW m^-2）下展現(xiàn)出優(yōu)異的光熱水蒸發(fā)性能，同時具備出色的光吸收能力與能量轉(zhuǎn)換效率，為高效太陽能驅(qū)動海水淡化、污水處理等可持續(xù)能源應(yīng)用提供了全新的材料設(shè)計思路。研究成果發(fā)表于學(xué)術(shù)期刊Advanced Materials，題為“High-Entropy Single-Atom Evaporator: Collaborative Omnibearing Light Trapping Stereo Structures for Efficient Water Transport Dynamics”。

文章亮點(diǎn)

1. 通過綠色便捷的工藝設(shè)計了一種金屬含量為1.77 wt%的高熵單原子金屬摻雜多孔碳（HESA）作為新型光熱材料，具有可調(diào)的納米/微/大孔結(jié)構(gòu)和優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化率。

2. 以3.0 wt%的HESA作為蒸發(fā)器，在不同的聚合物基質(zhì)中均表現(xiàn)出優(yōu)異的水分蒸發(fā)性能（2.2 kg m^-2 h^-1），證明了其巨大的應(yīng)用潛力。蒸發(fā)器中計算出的金屬痕量為0.53 wt‰，是報道的最高金屬原子利用率。

3. 進(jìn)一步設(shè)計聚合物蒸發(fā)器陣列結(jié)構(gòu)，提高蒸汽逸散效率和光利用率，水蒸發(fā)性能達(dá)到2.86 kg m^-2 h^-1。全面探索了水分子在分級納米/微/大孔中的輸運(yùn)動力學(xué)以及蒸發(fā)器中的光熱轉(zhuǎn)化機(jī)理。

圖1：高熵單原子光熱材料的設(shè)計思路

圖2：高熵單原子表征及光熱性能增強(qiáng)機(jī)制

圖3：界面蒸發(fā)器水傳輸調(diào)控及性能表征

圖4：界面蒸發(fā)器內(nèi)部機(jī)理及表征

圖5：三維錐形陣列設(shè)計及太陽能蒸發(fā)性能測試

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202512645

（核稿：黃文歡 編輯：趙誠）