近日，能源与动力工程学院洪文鹏教授团队与北京科技大学王存海/刘敬崇副教授团队合作，在界面光热蒸发领域取得重要突破，相关研究“Interfacial Photothermal Membrane Distillation for Direct Solar Water Production”于2025年8月14日在材料科学领域国际顶尖期刊《Advanced Functional Materials》上在线发表。我院李浩然副教授为论文第一作者，洪文鹏教授为第一通讯作者，王存海、刘敬崇副教授为共同通讯作者。

界面光热蒸发是一种具有潜力的低碳水处理技术，但其全球应用常受限于对电力供应的依赖和以及产水率较低的问题。该研究提出了一种无泵、高效的界面光热膜蒸馏（IPMD）策略，利用超亲水光热材料自发渗吸的水分原位蒸发产生蒸汽，蒸汽被限制在材料与渗透膜之间，通过膜蒸馏过程冷凝收集。

IPMD装置采用具有宽光谱吸收能力的碳基水刺纤维棉布为光热材料（PTM），利用其强毛细作用与蒸腾特性，可在太阳光照下快速形成薄水层。显著提升界面温度（Tsf3）与跨膜温差（ΔTs3 > ΔTs2）。相比于传统膜蒸馏（MD）因温度极化（Tsf1 < Tf）导致温差削弱，以及光热膜蒸馏（PMD）因光热层与水体直接接触造成热耗散，IPMD的蒸汽生成过程仅发生在光热材料表面吸附的超薄水膜内，从而减少高温光热层与水体的直接热接触，抑制了热损失、提升了热利用效率。此外，PTM下方设有聚偏氟乙烯（PVDF）膜，产生的蒸汽可通过膜孔并在另一侧冷凝，进一步强化了蒸汽输运与收集过程。在1倍标准光照条件下，实现了1.09 kg·m⁻2·h⁻1的产水率和超过70%的产水效率。在10 h室外测试中，累计产水达3.62 kg·m⁻2，装置脱盐率为98.34%，为偏远或离网地区实现可持续清洁水收集提供了一种全被动方案。

图1 基于被动输水和优化热管理的IPMD原理

团队对IPMD装置进行了户外测试，产水效果显著。2024年7月15日，该装置在吉林市晴天条件下运行10 h，单位面积产水量达3.62 kg·m⁻2，其中光照最强时段产水率最高为0.49 kg·m⁻2·h⁻1。此外，该装置展现出突出的经济性优势，单位产水成本低至0.24￥·m⁻2。模型预测表明，该技术在干旱地区应用潜力巨大，如埃及艾斯尤特年化产水量可达1776 kg·m⁻2，为亚热带季风及干旱地区的低成本、可持续淡水供应提供了创新且经济的解决方案。

图2 IPMD装置的直接太阳能产水潜力

该研究得到了国家自然科学基金（Nos. 52276148、52106195、22105012）、北京市自然科学基金（No.2232037）、吉林省重点研发计划（No. 20230203049SF）及吉林省青年科技人才托举工程项目（No. QT202409）的联合资助。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202515845.

来源：能源与动力工程学院

初审：张 伟

复审：曹瑞峰

终审：李金韦