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加快打造原始創(chuàng)新策源地,，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù),，努力搶占科技制高點,，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿,、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求,、面向人民生命健康,，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫,，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu),。

——中國科學(xué)院辦院方針

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科研人員研發(fā)出耐極端環(huán)境光熱陶瓷纖維膜材料

2025-04-28 過程工程研究所

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太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)技術(shù)是利用太陽能進行高效蒸發(fā)的新型技術(shù),，因具備零碳排,、高能效及模塊化的優(yōu)勢，已成為可持續(xù)淡水生產(chǎn)的有效解決方案,。中國科學(xué)院過程工程研究所研究員王鈺團隊在太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)研究方面取得進展,，研發(fā)出以一維Ti₂AlSnC MAX相納米纖維膜為光熱層的光熱蒸發(fā)器。實驗表明,，該蒸發(fā)器可實現(xiàn)在強酸,、強堿、高鹽度廢水等極端環(huán)境下高效,、穩(wěn)定利用太陽能生產(chǎn)淡水,。

在全球淡水資源短缺與“雙碳”目標(biāo)推動下，太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)技術(shù)在食物,、能源和水處理等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值,。然而，傳統(tǒng)光熱材料對極端環(huán)境適應(yīng)性不足,，化學(xué)穩(wěn)定性差,、多功能性缺失及結(jié)構(gòu)剛性等問題導(dǎo)致蒸發(fā)性能迅速下降，制約其實際應(yīng)用,。

該研究引入具有金屬與陶瓷雙重特性的MAX相材料。MAX相是新型功能性陶瓷材料，兼具陶瓷的高硬度,、耐高溫,、耐腐蝕以及金屬的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和耐輻射性,。研究通過調(diào)控A位元素（Sn/Al）固溶體,，共型合成一維Ti₂AlSnC納米纖維膜。實驗數(shù)據(jù)顯示,，該材料具備超90%的寬光譜吸收率和高效光熱轉(zhuǎn)換能力,，展現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性與機械柔韌性，可在pH<1的強酸環(huán)境中連續(xù)運行30天,，保持2.8 kg m^-2h^-1的穩(wěn)定蒸發(fā)速率,。

研究表明，Ti₂AlSnC納米纖維的親水性表面及多孔結(jié)構(gòu)降低了水蒸發(fā)焓,，形成易于蒸發(fā)的“中間水”簇,，能夠提升蒸發(fā)性能。研究基于這一纖維材料,，設(shè)計多種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)以減少能耗,，并結(jié)合焦耳加熱模塊協(xié)同調(diào)控?zé)峁芾恚M一步解決光熱蒸發(fā)技術(shù)對光照條件的依賴,。實驗中,，在低光照或無光條件下，僅需小于3 V的低電壓輸入即可實現(xiàn)全天候淡水生產(chǎn),，蒸發(fā)速率最高達5 kg m^-2?h^-1,。同時，通過表面疏水改性與幾何非對稱設(shè)計,，這一蒸發(fā)器可有效抑制鹽結(jié)晶堆積,，在20 wt%高鹽度廢水中仍維持高效脫鹽性能。經(jīng)檢測,，產(chǎn)水水質(zhì)符合世界衛(wèi)生組織飲用水標(biāo)準(zhǔn),。進一步，研究還開發(fā)了短切纖維懸浮液涂覆技術(shù),，使這一材料可適配剛性和柔性基底,，拓展了其在定制化光熱器件中的應(yīng)用場景。

上述研究有助于解決極端環(huán)境下光熱材料穩(wěn)效性的難題,，有望為工業(yè)高鹽廢水處理,、海水淡化和緊急救災(zāi)等場景提供可持續(xù)解決方案。

4月22日,，相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上,。研究工作得到北京市自然科學(xué)基金等的支持,。

論文鏈接

一維Ti₂AlSnC MAX相的制備及性能

太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)技術(shù)是利用太陽能進行高效蒸發(fā)的新型技術(shù)，因具備零碳排,、高能效及模塊化的優(yōu)勢,，已成為可持續(xù)淡水生產(chǎn)的有效解決方案。中國科學(xué)院過程工程研究所研究員王鈺團隊在太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)研究方面取得進展,，研發(fā)出以一維Ti2AlSnC MAX相納米纖維膜為光熱層的光熱蒸發(fā)器,。實驗表明，該蒸發(fā)器可實現(xiàn)在強酸,、強堿,、高鹽度廢水等極端環(huán)境下高效、穩(wěn)定利用太陽能生產(chǎn)淡水,。在全球淡水資源短缺與“雙碳”目標(biāo)推動下,，太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)技術(shù)在食物、能源和水處理等領(lǐng)域具有潛在應(yīng)用價值,。然而,，傳統(tǒng)光熱材料對極端環(huán)境適應(yīng)性不足，化學(xué)穩(wěn)定性差,、多功能性缺失及結(jié)構(gòu)剛性等問題導(dǎo)致蒸發(fā)性能迅速下降,，制約其實際應(yīng)用。該研究引入具有金屬與陶瓷雙重特性的MAX相材料,。MAX相是新型功能性陶瓷材料,，兼具陶瓷的高硬度、耐高溫,、耐腐蝕以及金屬的導(dǎo)電性,、導(dǎo)熱性和耐輻射性。研究通過調(diào)控A位元素（Sn/Al）固溶體,，共型合成一維Ti2AlSnC納米纖維膜,。實驗數(shù)據(jù)顯示，該材料具備超90%的寬光譜吸收率和高效光熱轉(zhuǎn)換能力,，展現(xiàn)出優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性與機械柔韌性,，可在pH<1的強酸環(huán)境中連續(xù)運行30天，保持2.8 kg m-2h-1的穩(wěn)定蒸發(fā)速率,。研究表明,，Ti2AlSnC納米纖維的親水性表面及多孔結(jié)構(gòu)降低了水蒸發(fā)焓，形成易于蒸發(fā)的“中間水”簇,，能夠提升蒸發(fā)性能,。研究基于這一纖維材料，設(shè)計多種蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)以減少能耗,，并結(jié)合焦耳加熱模塊協(xié)同調(diào)控?zé)峁芾?，進一步解決光熱蒸發(fā)技術(shù)對光照條件的依賴,。實驗中，在低光照或無光條件下,，僅需小于3 V的低電壓輸入即可實現(xiàn)全天候淡水生產(chǎn),，蒸發(fā)速率最高達5 kg m-2?h-1,。同時,，通過表面疏水改性與幾何非對稱設(shè)計，這一蒸發(fā)器可有效抑制鹽結(jié)晶堆積,，在20 wt%高鹽度廢水中仍維持高效脫鹽性能,。經(jīng)檢測，產(chǎn)水水質(zhì)符合世界衛(wèi)生組織飲用水標(biāo)準(zhǔn),。進一步,，研究還開發(fā)了短切纖維懸浮液涂覆技術(shù)，使這一材料可適配剛性和柔性基底,，拓展了其在定制化光熱器件中的應(yīng)用場景,。上述研究有助于解決極端環(huán)境下光熱材料穩(wěn)效性的難題，有望為工業(yè)高鹽廢水處理,、海水淡化和緊急救災(zāi)等場景提供可持續(xù)解決方案,。4月22日，相關(guān)研究成果發(fā)表在ACS Nano上,。研究工作得到北京市自然科學(xué)基金等的支持,。論文鏈接一維Ti2AlSnC MAX相的制備及性能

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