廊坊工程试验基地的光伏-光热海水淡化设备及灌溉试验田。科研团队供图

本报讯（记者甘晓）近期，中国科学院过程工程研究所（以下简称过程工程所）研究员杨乃亮与深圳大学教授王丹团队联合提出一种“高分子穿插束缚纳米颗粒”的三维集成策略，利用高分子链锁扣中空多壳层结构（HoMS），构筑出3D光热架构，在实验条件下实现了每小时每平方米面积38.14千克的光热界面蒸发速率，并集成光伏-光热耦合系统，通过户外试验装置实现了从海水淡化到农业灌溉的初步探索。相关研究成果日前发表于《先进材料》。

此前，研究团队已开发出基于HoMS的二维蒸发膜材料，蒸发速率达每小时每平方米面积4.02千克，刷新了纪录。在此基础上，团队进一步攻克了材料宏量制备与三维集成核心难题，采用次序模板法，在过程工程所廊坊工程试验基地进行放大，通过20升水热釜与多温区隧道炉精准调控，实现了非晶五氧化二钽/碳复合中空多壳层材料百克级稳定量化制备。随后，该材料在海水加速老化试验中，实现了30天无颗粒脱落。

据介绍，该复合结构在微纳尺度上呈现“纳米森林”形貌。试验数据显示，通过多重光散射与吸收通道，全太阳光谱吸收率达90.2%。同时，纳米限域效应重构水分子氢键网络，使水体蒸发能耗降低45.7%，蒸发速率较前期的二维薄膜提升了8.5倍。

研究团队进一步开发了户外试验装置。在自然光照下，该装置日产淡水20.16升，可满足约10人的基本饮水需求，水质符合世界卫生组织饮用水标准。装置所产水已成功用于5平方米农田的全年灌溉，菠菜、玉米、白菜等多种作物已完成一个全生长周期。

相关论文信息：

https://doi.org/10.1002/adma.73756