近日，我校材料科学与工程学院光热转换材料功能化调控及应用创新团队在材料学国际顶级期刊《Materials Today》上发表了题为“Engineering thin water film and cluster evaporation towards extraordinarily high 2D solar vapor generation”的研究性论文。王成兵教授为论文通讯作者，汪帆博士（已毕业，目前在青海大学工作）为论文第一作者，陕西科技大学为唯一署名单位。
传统太阳能蒸发器通常采用多孔结构，依赖毛细作用将水从底部输运至蒸发界面。然而，该结构中存在的大量水体在加热过程中会引发显著的寄生热损失，严重制约蒸发效率的提升。因此，适当减少蒸发器内的水含量，有望更好地匹配光热转换所产生的热量与蒸发过程所需的能量。目前常见的解决方案是将蒸发器置于织物包裹的隔热基材上，以避免与本体水直接接触。然而，织物本身所形成的类水体界面仍会导致不可避免的热传导损失。此外，在分子层面上，液态水蒸发必须破坏其氢键网络，该过程所需能量较高，从根本上限制了蒸发速率的进一步提升。因此，开发能够协同利用薄层水膜并优化水蒸发行为的新型蒸发器，已成为解决上述问题的关键方向。
为此，王成兵教授团队提出了一种将水膜与团簇蒸发相结合以实现高效蒸汽生成的策略。通过激光蚀刻在铝片上形成微网络结构，并负载PPy和SiO₂。随后，组装了带有浓盐水流通通道的二维金属蒸发器（F–S–Al）。水以层状水膜的形式沿微网络结构扩散。同时，在毛细力的作用下，它沿着负载有PPy和SiO₂的突起表面爬升，形成十微米级别的薄水膜。此外，PPy和SiO₂的纳米孔通过受限空间效应促进了团簇水的形成。分子动力学模拟揭示了团簇水的蒸发过程。更重要的是，通过收集传统水蒸发以及P–Al和S–Al界面蒸发系统对原始LiCl溶液（50 g L⁻¹，100 g L⁻¹）进行脱盐后的冷凝水中Li⁺浓度的变化，验证了团簇水的存在。最终，该蒸发器在1.0个太阳光照下实现了90.8%的效率和4.05 kg m⁻² h⁻¹的优异二维蒸发速率。此外，即使在处理15.0 wt%的模拟海水进行脱盐时，该蒸发器也能保持3.57 kg m⁻² h⁻¹的高蒸发速率且无盐沉积，表现出优异的抗盐能力。这种利用超薄水膜和团簇蒸发的太阳能驱动蒸发器，在太阳能驱动蒸汽生成方面展现出巨大的潜力和广阔的应用前景。
超高蒸发速率2D金属基蒸发器的设计理念
王成兵教授领导的光热材料的功能化调控与应用创新团队在2025年发表多篇高水平学术论文，进一步提升了我校在光热材料研究领域的国际影响力。
(1) Fan Wang, Chengbing Wang,* Dan Wei, Guifeng Li, Wenhe Zhang, Zexiang Zhao Engineering thin water film and cluster evaporation towards extraordinarily high 2D solar vapor generation, Materials Today 2025, DOI: 10.1016/j.mattod.2025.09.023.
(2) Wenhe Zhang,‡ Chengbing Wang,*‡ Lu Wang, Fan Wang, Puxin Tan, Jinchi Ma, Jingjing Jin, Zhongrong Geng,* Hongyao Xie,* Li-Dong Zhao*, All-day freshwater and power generation via integrated photothermal-enhanced thermoelectrics and evaporation cooling, Energy & Environmental Science 2025, 18, 7916–7927.
(3) Bo Wang, Chengbing Wang,* Yang Li,* Jingjing Jin, Xuli Lin, Chenyi Shi, Bionic-design: Nature insight into solar interfacial evaporators, Energy & Environmental Science 2025, 18, 3432–3461. (Inside Front Cover)
(4) Puxin Tan, Chengbing Wang*, Dan Wei*, Fan Wang*, Zexiang Zhao, Wenhe Zhang, Laser processing materials for photo-to-thermal applications, Advances in Colloid and Interface Science 2025, 337, 103385.
(5) Lu Wang, Chengbing Wang*, Dingwen Yin, Wenhe Zhang, Puxin Tan, Zexiang Zhao, Jingjing Jin, Xiaoxue Wang, Surface water evaporators mimicking river transport: bridging water-energy conflict for crystallization-free hypersaline desalination, Water Research 2025, 287, 124416.
(6) Wenhe Zhang, Chengbing Wang*, Jingjing Jin, Lu Wang, Fan Wang, Zexiang Zhao, Zehua Zhang, Jinchi Ma, Photoelectric coupling enhanced absorbers for boosting thermoelectric generation, Journal of Materials Science & Technology 2026, 249, 99–108.
(7) Lu Wang, Chengbing Wang*, Wenhe Zhang, Hang Zhu, Jingjing Jin, Dingwen Yin, Wanda Liao, Jinbu Su, Seamlessly integrated flexible Janus membranes enabling water-heat-salt synergy for solar desalination and wastewater treatment, Journal of Energy Chemistry 2026, 112, 701–711.
(8) Zexiang Zhao, Chengbing Wang*, Photothermal textiles achieve sustainable desalination, Device 2025, 3, 100776. (Invited Preview)
(核稿：伍媛婷 编辑：赵诚)
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