實現高效光熱界面蒸發需要協同集成熱管理、水傳輸動力學和光捕獲這三個關鍵要素，而這些要素往往難以協調。近日，化學與化工學院黃文歡教授課題組與合作者在光熱轉換材料領域取得重要進展。團隊通過一種綠色、簡便的方法，成功設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。該材料具備可調控的分層納米/微/宏觀多孔結構，顯著提升了光吸收效率。將高熵單原子與聚合物體系結合，采用化學發泡交聯技術構建出穩定的三維多孔網絡結構，并通過自組裝策略進一步調控形貌，形成獨特的錐形陣列結構。該結構可有效增強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。實驗結果表明，所制備的光熱蒸發器在標準太陽光照（1 kW m^-2）下展現出優異的光熱水蒸發性能，同時具備出色的光吸收能力與能量轉換效率，為高效太陽能驅動海水淡化、污水處理等可持續能源應用提供了全新的材料設計思路。研究成果發表于學術期刊Advanced Materials，題為“High-Entropy Single-Atom Evaporator: Collaborative Omnibearing Light Trapping Stereo Structures for Efficient Water Transport Dynamics”。

文章亮點

1. 通過綠色便捷的工藝設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，具有可調的納米/微/大孔結構和優異的光熱轉化率。

2. 以3.0 wt%的HESA作為蒸發器，在不同的聚合物基質中均表現出優異的水分蒸發性能（2.2 kg m^-2 h^-1），證明了其巨大的應用潛力。蒸發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. 進一步設計聚合物蒸發器陣列結構，提高蒸汽逸散效率和光利用率，水蒸發性能達到2.86 kg m^-2 h^-1。全面探索了水分子在分級納米/微/大孔中的輸運動力學以及蒸發器中的光熱轉化機理。

圖1：高熵單原子光熱材料的設計思路

圖2：高熵單原子表征及光熱性能增強機制

圖3：界面蒸發器水傳輸調控及性能表征

圖4：界面蒸發器內部機理及表征

圖5：三維錐形陣列設計及太陽能蒸發性能測試

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

（核稿：黃文歡 編輯：趙誠）