东北大学能量转换材料研究团队在Nature Communications发表研究成果|东北大学|太阳能|左良|能量转换材料|蒸发器|蒸汽

东北大学能量转换材料研究团队在Nature Communications发表研究成果

热质纳能

2026-05-07 22:31 ·四川 ·化工专业博士

Science & Technology

近日，东北大学材料科学与工程学院左良教授团队与中国科学院金属研究所陈星秋研究员团队合作完成的研究成果，以“Ultrahigh efficiency solar evaporation through orchestrated multiphase flow”为题发表在国际知名期刊Nature Communications上。材料科学与工程学院博士研究生唐若兰为论文第一作者，左良教授和杨波教授为论文通讯作者。

太阳能驱动界面水蒸发技术在海水淡化、高盐废水处理等领域具有重要应用前景。然而，现有高轴比蒸发器仍面临界面供水不足、蒸汽扩散受限、盐分结晶以及热量利用不充分等问题，制约了其高效稳定运行。针对上述难题，研究团队提出了多相流协同调控的物理设计框架，将水分补给、盐分回流、蒸汽逸出和热量传输四个关键过程进行一体化设计与协同优化，为高效太阳能蒸发器构筑提供了新思路。

研究团队通过构筑具有双峰孔结构的聚乙烯醇/聚乙烯吡咯烷酮（PVA/PVP）水凝胶，实现了高效毛细供水；利用盐浓度和温度梯度诱导的马拉戈尼效应，有效抑制盐结晶；引入具有穿孔结构的超疏水灯芯草（JE）茎秆，形成烟囱效应驱动的对流流动，显著促进蒸汽逸出。同时，高轴比结构增强了蒸发器从周围环境获取热量的能力，实现了太阳能输入与环境热量的协同利用。优化后的高轴比λ-Ti₃O₅/PVA/PVP/JE（TPPJ）蒸发器在15.3 wt.%高浓度盐水和真实海水中连续稳定运行10天，均未观察到盐结晶现象。户外实验表明，该系统在自然太阳光下8小时淡水产量达到39.8 L m⁻²day⁻¹，显示出良好的结构可扩展性和实际应用潜力。

该研究面向海水淡化、高盐废水处理等国家战略需求，提出了基于多相流协同调控的高效太阳能蒸发器设计策略，不仅拓展了太阳能界面蒸发技术的设计理念，也为绿色低碳水处理技术的规模化应用提供了新的理论支撑和技术路径。

本工作得到了国家自然科学基金重点项目、辽宁省科技重大专项项目、中央高校基本科研业务费等项目的支持。东北大学分析测试中心为本研究提供了有力支持。