摘 要：綜述基于光熱轉換原理的界面蒸發(fā)器（SDIE）的最新進展，從性能評估指標和材料設計思路的角度出發(fā)，分別介紹光熱轉換材料、基體和水輸送通道及其應用于海水淡化的耐鹽設計，并簡單介紹SDIE的其他應用領域，最后展望其在海水淡化領域待解決的問題和未來研究方向。

關鍵詞：太陽能；蒸發(fā)；海水淡化；光熱轉換

中圖分類號：S214.9 文獻標志碼：A

0 引 言

地球上水資源總量約為14億km3，分為淡水和鹽水，其中淡水資源只有3500萬km3，僅占水資源總量的2.5% ［1］。隨著人類社會的不斷發(fā)展，生活與工、農業(yè)用水量大大增加，加上水污染和水浪費現(xiàn)象嚴重，導致淡水資源嚴重短缺。為了解決淡水資源短缺的現(xiàn)狀，聯(lián)合國倡導水資源的可持續(xù)利用，其中海水淡化是一個非常有效的方法。目前海水淡化法主要分為三類：膜分離法、蒸餾法和混合工藝。膜分離海水淡化法主要包括反滲透（reverse osmosis，RO）、正滲透（forward osmosis，F(xiàn)O）、電滲析（eletrodialysis，ED）以及納濾（nanofiltration，NF）等。目前商業(yè)上應用最多的是RO，ED和NF商業(yè)化應用還較少，而FO雖然能耗低，但由于其材料的壽命短、再生成本高以及水通量低等問題，商業(yè)化應用尚不可行［2］。蒸餾法的主要工藝為多級閃蒸（multi-stage flash，MSF）和多效蒸餾（multi-effect distillation，MED），目前均已實現(xiàn)商業(yè)化?；旌瞎に囀菍⒛し蛛x法和蒸餾法結合起來，例如膜蒸餾（membrane distillation，MD）和NF相結合、RO與MSF相結合等［3］。盡管一些海水淡化方法取得了不錯的成效，但無論是膜分離法還是蒸餾法，都是能量密集型工程，不可避免地需要消耗化石燃料，增加了溫室氣體的排放［4］。

為了解決這個問題，學者們一方面在不斷地研究新的膜材料或開發(fā)新的可持續(xù)工藝，另一方面也在研究利用可再生能源驅動海水淡化的方法。其中太陽能作為一種可再生能源，利用其驅動的高效界面水蒸發(fā)已成為研究熱點。太陽能驅動的界面蒸發(fā)器（solar-drived interfacial evaporator，SDIE）是實現(xiàn)界面水蒸發(fā)的核心，近年來隨著新型光熱材料和新的仿生設計理念的出現(xiàn)，SDIE得到不斷發(fā)展，由于其低成本和高效率的優(yōu)點，在海水淡化、水處理和蒸汽發(fā)電等應用領域引起了極大的關注［5］。SDIE是一種能夠漂浮在水面上的復合材料，通過光熱轉換材料將太陽能轉換成熱能，并將這些熱量只用于加熱水/空氣界面的水，從而實現(xiàn)高效的水蒸發(fā)。其基本組成如圖1所示，主要包括光熱材料、基體和水輸送通道。本文聚焦SDIE的研究進展，首先介紹SDIE的性能指標計算，再從材料的設計思路出發(fā)，分別介紹光熱轉換材料、基體和水輸送通道以及應用于海水淡化中的耐鹽設計，并簡單介紹可擴展的其他應用領域，最后展望其在海水淡化領域待解決的問題和未來研究方向。

1 SDIE性能評估的指標與計算

1.1 太陽光吸收率

照射到地面上的太陽光是一種波長范圍為300～2500 nm的電磁波（圖2a），可分為紫外區(qū)域（300～400 nm，占總光譜的3%）、可見光區(qū)域（400～700 nm，占總光譜的45%）和近紅外區(qū)域（700～2500 nm，占總光譜的52%）?；诠鉄徂D換原理，SDIE中的太陽能光熱轉換材料能夠吸收太陽光的能量并轉換成熱量，為水蒸發(fā)提供驅動力。因此，太陽光吸收率是衡量光熱轉換材料的重要衡量指標，一個良好的太陽能光熱材料應在300～2500 nm的波長范圍具有較高的吸收率。當入射角為[θ]時，太陽光吸收率[?（θ）]為300～2500 nm波長范圍內總吸收太陽輻射與入射輻射之比［6］：

[?（θ）=3002500[1-R（θ，λ）]A（θ，λ）dλ3002500A（λ）dλ] （1）

式中：[λ]——水的蒸發(fā)潛熱，kg/kg。

1.2 熱損失

由于SDIE漂浮在水面上，太陽光照射后蒸發(fā)器的光熱層和下方的水體以及上方的空氣之間存在溫差，因此吸收太陽能轉換成的熱量除用于蒸發(fā)水外，還有一部分熱量通過熱傳導、熱對流和熱輻射等方式散失到環(huán)境中（圖2a）。

1.2.1 熱傳導

由于太陽光沒有直射水體，因此光照前后水體溫度的上升只能是蒸發(fā)器通過向下的熱傳導將熱量傳遞給水體，這部分熱量可通過式（2）計算。

[Qcond=cMΔTW] （2）

式中：[c]——水的比熱容，為4.2 kJ/（kg·K）；[M]——光照結束后水的質量，g；[ΔTW]——光照前后水體的溫度差，K。

對于一些具有特殊輸水通道和良好隔熱性能的材料，由于其水體溫差較小，一般采用式（3）計算。

[Qcond=kΔt/Δl] （3）

式中：[k]——蒸發(fā)器基體的熱導率，W/（m·K）；[Δt/Δl]——軸向溫度梯度，K/m。

1.2.2 熱對流

蒸發(fā)器與上方水蒸氣的對流熱損失可由牛頓冷卻定律計算：

[Qcov=h（T-TS）] （4）

式中：[h]——對流傳熱系數(shù)，W/（m2·K）；[T]——光熱層的溫度，K；[TS]——環(huán)境溫度，K。

1.2.3 熱輻射

蒸發(fā)器與環(huán)境的熱輻射損失可通過Stefan-Boltzmann方程計算：

[Qrad=εσ（T4-T4S）] （5）

式中：[ε]——光發(fā)射率，%；[σ]——Stefan-Boltzmann系數(shù)，5.67×10-8 W/（m2·K4） 。

SDIE的熱損失主要是光熱層與水體之間的熱傳導損失［7］。因此，減少熱傳導損失可有效提高SDIE的蒸發(fā)效率，目前研究較多的是采用優(yōu)化水路的設計并結合隔熱材料的方法來最小化熱傳導損失。對流和輻射熱損失主要是SDIE頂部的蒸發(fā)界面與周圍環(huán)境的傳熱損失。使光熱層的表面盡可能均勻可有效降低熱對流損失，可采用以下3種方式來降低熱輻射損失：1）降低光熱層的界面溫度；2）增加光熱層的表面黑度；3）調整光熱層對可見光和近紅外光的吸收比例［8］。

1.3 蒸發(fā)性能

SDIE的蒸發(fā)性能是其能否實際應用的關鍵，可用蒸發(fā)速率（V）和蒸發(fā)效率（[η]）兩個指標進行評估。由于在無光照下蒸發(fā)器也能蒸發(fā)一部分水，因此凈蒸發(fā)速率（[V*]）應為光照條件下與黑暗條件下的蒸發(fā)速率之差，具體計算公式［9］為：

[V=m/At] （6）

[V*=Vlight-Vdark] （7）

[λ=1918.46×[（T+273）/（T+239.09）]] （8）

[η=V*（cΔTW+λ）/nqsolar] （9）

式中：[m]——蒸發(fā)過程中水的質量損失，g；[A]——蒸發(fā)面積，m2；[t]——蒸發(fā)時間；[Vlight]——光照條件下蒸發(fā)速率，kg/（m2·h）；[Vdark]——黑暗條件下蒸發(fā)速率，kg/（m2·h）；[n]——太陽數(shù)量；[qsolar]—— 太陽光照強度，1 kW/m2。

盡管研究人員使用先進的動態(tài)軟件和數(shù)值模擬方法進行了建模和熱損失計算，但大多數(shù)研究的光蒸發(fā)實驗都是在開放式系統(tǒng)中進行的，并且通常會發(fā)現(xiàn)能量平衡和傳熱方面的誤差。例如水蒸發(fā)效率、熱傳導損失、熱對流損失、熱輻射損失和光反射能量損失這5個部分相加往往大于或小于100%。這歸因于一些物理參數(shù)（包括光熱層的溫度、蒸汽溫度和太陽光照強度等）的測量不精確，以及一些經驗系數(shù)選擇的不準確。此外，對于一些能夠降低水的蒸發(fā)焓以及能夠從外界獲取能量的蒸發(fā)系統(tǒng)，計算得到的蒸發(fā)效率可能會超過100%。因此，在實際應用中評價SDIE的蒸發(fā)性能時，蒸發(fā)速率比蒸發(fā)效率更重要。

2 SDIE的設計

一個良好的SDIE通常需要具備光熱轉換材料、基體以及水輸送通道。此外，SDIE應用到海水淡化領域還需有合理的耐鹽設計，以保證其在海水中長時間的穩(wěn)定工作。

2.1 光熱轉換材料

光熱轉換材料是SDIE能夠產生蒸汽的關鍵，良好的光熱轉換材料應具有寬且高的太陽能吸收波段和高光熱轉換效率，能夠吸收太陽輻射的能量并將其轉換成熱量。目前研究最多的光熱轉換材料可分成5類，即：金屬納米粒子、無機半導體、碳材料、有機高分子材料和MXene。

2.1.1 金屬納米粒子

金屬納米粒子具有強大的光吸收和光熱轉換的能力。當入射光頻率與金屬表面上電子的振蕩頻率匹配時會發(fā)生等離子共振效應，從而促發(fā)電子的集體激發(fā)并隨后產生熱電子，熱電子與入射電磁場相干振蕩，隨后這些受光激發(fā)的熱電子傾向于通過電子-電子散射過程釋放能量，從而提高金屬表面及其周圍的溫度（圖3a）［10］。目前研究較多的光熱納米金屬是金（Au），因其具有易于合成、穩(wěn)定性和生物相容性好等諸多優(yōu)勢，是等離子體基SDIE的最佳光熱材料之一［11］。文獻［12］通過在HNO3溶液中對極稀的Cu99Au1前驅體進行脫合金，成功制備了具有分級結構和超高孔隙率的自支撐黑

金薄膜（NPG）。得益于其獨特的分級多孔結構（超細多孔納米線以及它們之間的納米間隙），NPG薄膜在300～2500 nm波長范圍內具有寬帶吸收，在1 kW/m2光照強度下的SDIE光熱轉換效率高達94.5%（圖3b）。除了金納米粒子，研究者們還研究了其他金屬納米粒子。例如，文獻［13］通過皮秒激光技術處理金屬鋁板的表面，從而開發(fā)出一種高效的垂直鋁基SDIE。經皮秒激光照射后的鋁表面（PLAL）呈灰黑色，且PLAL表面有規(guī)則的條形凹槽和微腔有助于其對太陽光的折射和吸收，PLAL表面在10～400 nm的寬太陽光譜中的平均光吸收率大于85%，但在可見光和近紅外區(qū)域的光吸收率為47%～85%。PLAL表面的微結構還賦予了其反重力芯吸性能，在PLAL底部滴一滴水，水滴可在超短時間（1.3 s）內迅速爬到頂部，有助于將水定向傳輸?shù)秸舭l(fā)區(qū)域。

雖然用于海水淡化的金屬納米光熱材料已有成效，但受限于其高成本和加工復雜等缺點，相關研究相對較少，并且這些缺點也不利于進一步產業(yè)化。此外目前報道的采用金屬納米粒子基SDIE的光蒸發(fā)性能還較低，因此如果要將其用于實際的海水淡化，蒸發(fā)器的光蒸發(fā)性能還有待提升。

2.1.2 半導體光熱材料

半導體光熱材料具有合成簡便、成本低、不易光漂白和光降解等優(yōu)點，是一種新型光熱材料，已被廣泛應用于納米光熱診療領域［14］，其光熱轉換機理如圖3b所示，當半導體材料受到光照后，如果光的能量大于帶隙的能量，就會產生電子-空穴對，激發(fā)的電子最終返回低能級，并通過光子形式的輻射弛豫或聲子形式（熱量）的非輻射弛豫釋放能量（圖3a）［6］。文獻［15］采用一鍋法將功能化的MoS2納米片、殼聚糖和戊二醛交聯(lián)劑充分混合，隨后在冷阱中冷凍干燥，從而制備得到一種新型三維MoS2基光熱氣凝膠（圖4a）。

所制得的MoS2氣凝膠SDIE具有出色的太陽光吸收能力，在200～2500 nm寬光波長范圍內光吸收率大于95%。一個太陽光照強度下，光蒸發(fā)速率和效率分別為1.27 kg/（m2·h）和88.0%（圖4b、圖4c）。文獻［16］通過犧牲模板法設計和制造了具有凹面結構的空心CuS納米立方體，然后將CuS納米立方體通過聚乙烯醇（PVA）溶液附著在多孔三聚氰胺以增加對太陽光的吸收率（97.8%），還可通過降低對周圍環(huán)境的熱輻射和熱對流損失將熱量集中在蒸發(fā)表面。太陽能蒸汽實驗表明，這種蒸發(fā)器在一個太陽光照強度下的蒸發(fā)效率約為91.5%。

2.1.3 碳材料

碳材料具有很強的光吸收能力，能通過晶格振動將光能轉換為熱能。這是由于碳材料中的π電子的能級間隔緊密，很小的能量輸入就能將松散的電子從低能級的π軌道激發(fā)到較高能級的π*軌道。被激發(fā)的電子返回低能級軌道，通過電子-聲子耦合產生馳豫使能量轉移到整個原子晶格的振動，進而宏觀地提高材料的溫度［17］（圖3c）。目前研究較多的碳材料有碳納米管、石墨烯、炭黑和碳量子點等。文獻［18］以GO納米片和海藻酸鈉為原料，在溫和條件下通過共價交聯(lián)和氫鍵相互作用，并采用抗壞血酸對GO還原，從而制備了新型高度穩(wěn)定的rGO-SA氣凝膠。所制得的氣凝膠具有寬帶光吸收和輕質多孔等優(yōu)點。干燥的rGO-SA在300～2500 nm波長范圍內的平均光吸收率為95.87%，而潤濕狀態(tài)下的光吸收率可高達98.10%。此外，具有寬帶光吸收和良好可擴展性的碳納米管也被認為是一種很有前途的太陽能光熱轉換材料。文獻［19］將碳納米管（CNTs）與親水性納米纖維素（CNFs）復合，然后將其分散在水中形成高粘度的油墨（c-CNT）并涂覆在乙醇擴散的聚苯乙烯（E-PS）薄膜上，最后進一步熱處理形成有利于光吸收的褶皺紋理。在250～2500 nm波長范圍內c-CNT涂層的平均光吸收率為96.3%。

此外，具有來源廣泛、便宜易得、環(huán)境友好等優(yōu)點的生物質碳材料也受到了學者們的關注。例如將生物質材料碳化或部分碳化可直接得到太陽能蒸發(fā)器，如木頭［20］、向日葵［21］和蘑菇［22］等。文獻［23］通過冷凍干燥和表面碳化得到具有雙層結構的殼聚糖氣凝膠（CCS），通過控制碳化時間可改變CCS碳化的程度和碳化層的厚度（圖5a）。得益于黑色碳基體料的寬帶光學吸收以及CCS內部垂直排列微米通道結構（增強內部對的入射光的折射以延長光路），CCS對可見光和紅外區(qū)域的透射率和反射率極低，表明其具有出色的光吸收率（圖5b）。在一個太陽光照強度下，CCS基SDIE的蒸發(fā)速率為1.76 kg/（m2·h）（圖5c）。

2.1.4 有機聚合物材料

一些黑色的有機聚合物材料也具有對太陽能波段高且寬的光吸收能力，入射光子可通過有機聚合物中的非輻射弛豫和分子振動轉換為熱能。同時有機聚合物材料還可與水分子相互鍵合，促進水分的蒸發(fā)［24］，例如聚吡咯、聚苯胺和聚多巴胺等。文獻［25］采用涂覆的方法將聚多巴胺（PDA）負載到纖維素氣凝膠（CA）的表面，從而制得PDA-CA蒸發(fā)器。由于其獨特的多孔結構、寬的太陽光光譜吸收和優(yōu)異的光熱轉換效應，在一個太陽輻照度下，PDA-CA表現(xiàn)出約1.36 kg/（m2·h）的蒸發(fā)速率和86%的蒸發(fā)效率。此外，得益于上層超親水和下層超疏油的結構，PDA-CA還表現(xiàn)出良好的抗油污性能，即使在油層覆蓋的海水條件下也能維持較好的蒸發(fā)性能（圖6）。

文獻［26］選用普通市售的親水、多孔聚氨酯泡沫（PUF）為基體，通過原位氧化聚合在其表面聚合一層聚吡咯（PPy）光熱材料，從而制備得到PPy-PUF界面蒸發(fā)器。黑色的PPy本身具有優(yōu)異的光吸收能力。此外，PPy在PUF表面可形成微褶皺結構，有利于進一步促進光的吸收和轉化。經計算，純PUF泡沫的光吸收率僅為38.5%，而PPy-PUF的光吸收率可達到95.6%。一個太陽光照強度下，PPy-PUF的蒸發(fā)速率為1.334 kg/（m2·h）。

2.1.5 MXene

MXene是一類新型二維納米材料，它是由幾個原子層厚度的過渡金屬碳化物、氮化物或碳氮化物構成，于2011年由Gogotsi的團隊首次發(fā)現(xiàn)［27］。MXene自誕生以來就因其獨特的平面結構、化學多樣性和出色的理化特性而受到廣泛關注，并被廣泛應用催化、超級電容器、分子分離、電磁波干擾屏蔽、生物醫(yī)藥等多個領域［28］。文獻［29］設計了一種水滴光加熱系統(tǒng)用以研究Ti3C2 MXene的光熱轉換性能，通過計算得出Ti3C2內部的光熱轉換效率接近100%，是一類有前途的SDIE光熱轉換材料，此外還通過簡單的真空過濾制備了一種自漂浮的Ti3C2/PVDF薄膜，在一個太陽光照強度下，Ti3C2/PVDF薄膜的平衡溫度高達約75 ℃，證明了Ti3C2優(yōu)異的光熱轉換能力。

盡管MXene具有優(yōu)異的光熱轉換效率，但其對太陽光的吸收能力較弱，需與其他光熱材料（如碳材料和半導體材料等）［30-33］結合才能實現(xiàn)寬且高的吸收。此外，MXenes的光熱研究尚處于起步階段，其光熱轉換機理目前尚不完全清楚，可能歸因于其優(yōu)異的電磁干擾屏蔽效應和局域表面等離子體共振效應，需要進一步探索和理解其光熱原理［34］。

2.2 基 體

除了采用高光吸收率的光熱轉換材料外，設計一個具有良好隔熱性能的可漂浮基體對于提高SDIE的蒸發(fā)性能也同樣重要?；w良好的隔熱性能夠減少光熱層熱量的熱傳導損失，實現(xiàn)熱定位。而自漂浮則是為了將熱量集中用于加熱蒸發(fā)界面處的水，實現(xiàn)高效的界面蒸發(fā)。通常用于SDIE的基體按尺寸厚度可分為薄膜和塊體。

2.2.1 薄膜基體

薄膜基體具有吸水性好、厚度薄、質量輕等特點，如棉布［35］、無塵紙［36］、無紡布［37］等。光熱轉換材料一般負載在薄膜基體的上表面，但由于薄膜基體厚度薄，光熱層的熱量容易通過基體傳導到水體，從而降低蒸發(fā)效率。此外，大多親水性薄膜基體無法實現(xiàn)自漂浮，吸水后會導致其下沉，因此需進行疏水改性。文獻［38］制備了高效、靈活、重量輕且具有成本效益的等離子體功能化棉（PFC）納米復合材料，PFC納米復合材料含有金屬納米粒子，能強烈吸收太陽光并轉化為熱量。底部的棉纖維經過2，4-甲苯二異氰酸酯（TDI）試劑的疏水改性后，表面的親水基團被含有苯基的疏水基團所取代。因此，棉纖維從固有的親水性變?yōu)槭杷?，使蒸發(fā)器漂浮在水面上，從而實現(xiàn)高效的界面蒸發(fā)。但疏水改性的方法比較復雜，且疏水改性劑對人體有毒害作用。因此，大多研究是在薄膜基體底部外加一個聚苯乙烯（PS）泡沫來實現(xiàn)自漂浮和良好的隔熱性能。文獻［35］通過逐層組裝的方法制備了一種新型MXene/碳納米管/棉織物蒸發(fā)器，并采用商業(yè)PS泡沫作為漂浮支撐物以及一束棉纖維作為一維水輸送通道，從而有效實現(xiàn)了良好的熱定位。

2.2.2 塊體基體

塊體基體一般是具有一定厚度、低密度和低熱導率的材料。如三聚氰胺、聚氨酯等多孔泡沫、天然的木材、聚丙烯酰胺和聚乙烯醇等水凝膠、殼聚糖、羥基磷灰石和纖維素等氣凝膠。太陽能光熱轉換材料一般是以簡單的共混或負載的方式與基體結合，相比于薄膜基體，塊體基體不但具有良好的自漂浮和隔熱性能，還具有良好的力學性能，更適用于實際應用。文獻［39］通過磷酸二氫鋁粘結劑將空心玻璃微球（HGM）與三聚氰胺海綿（MS）結合，制備得到低熱導率、高機械強度和自漂浮能力的HGMAM基體，并隨后在其上表面涂覆一層聚吡咯（PPy）作為光熱層，從而制備得到適合長期蒸發(fā)和可擴展的SDIE。此外，水凝膠還被報道能與水形成交聯(lián)的三維水合聚合物網(wǎng)絡結構，通過調控聚合物與水的相互作用，可改變水凝膠中的水狀態(tài)以及水的相變行為，提高中間水的比例，從而降低水蒸發(fā)的能量需求（蒸發(fā)焓），提高蒸發(fā)性能［40］（圖7）。目前二維平面SDIE在一個太陽光照強度下的最高水蒸發(fā)速率為4.0 kg/（m2·h），就是由余桂華團隊設計的以疏水改性的聚乙烯醇水凝膠為基體，納米Ti2O3作為光熱轉換材料的SDIE［41］。

2.3 水輸送通道

充足和持續(xù)的水供應能充分發(fā)揮SDIE的蒸發(fā)能力。然而，基體與水的過度直接接觸不可避免地會使熱量散失到底部的水體，因此學者們提出限制水輸送通道的方法來解決這個問題。具體是指將用于蒸發(fā)的供給水通過狹窄的水路輸送到蒸發(fā)界面，從而減少基體與水的接觸面積。通常，按結構尺寸可分為3D、2D和1D水輸送通道。

2.3.1 3D輸水通道

在SDIE中，3D輸水通道通常是指基體內部的多孔結構，能夠通過毛細作用和親水性將水從蒸發(fā)器底部的水體連續(xù)輸送到頂部的蒸發(fā)界面，如大孔的聚丙烯酰胺水凝膠和無序多孔的石墨烯［42-43］。但水分填充孔道后會導致基體的熱導率上升，從而導致蒸發(fā)器的熱損失增加（圖8a）。此外，相比于無序的多孔結構，有序垂直排列的3D孔道結構具有更強的水傳輸能力和隔熱性能（圖8b）。文獻［44］采用定向冷凍方法制備了具有垂直對齊通道的還原氧化石墨烯 （V-RGO） 泡沫SDIE。RGO的親水性和V-RGO 泡沫內部的眾多垂直排列孔通道可將水分快速向上傳輸?shù)脚菽捻斆?，在一個太陽光照強度下蒸發(fā)水的速率為3.39 kg/（m2·h）。但水分填充孔道后，不可避免地會導致RGO泡沫隔熱性能顯著下降。

2.3.2 2D輸水通道

由于3D輸水通道的熱傳導損失較大，文獻［45］設計了一種具有2D輸水通道的SDIE，蒸發(fā)器頂部的氧化石墨烯（GO）膜能夠吸收太陽能并轉換為熱能，聚苯乙烯泡沫表面包裹的一層親水性纖維素薄膜作為2D輸水通道。這種將隔熱結構與水運輸結構分離的設計不但可減少熱損失，還可大大降低對水量的依賴性，提高了蒸發(fā)效率（圖8c）。但稀薄的輸水層的水輸送速率較低，從而限制了光蒸發(fā)速率。

2.3.3 1D輸水通道

為了進一步減少熱損失，學者們又將水輸送通道的尺寸從2D減小到1D。文獻［46］首次設計了一種具有一維水傳輸功能的SDIE，該蒸發(fā)器的太陽能吸收材料是多孔炭黑/氧化石墨烯（CB/GO）的復合層，通過3D打印技術將GO柱垂直打印在CB/GO復合層上，并在穩(wěn)定12 h后將打印好的骨架嵌入聚苯乙烯泡沫基體。GO柱的1D線性水路大大減少了蒸發(fā)器與水之間的直接接觸面積，而聚苯乙烯泡沫可有效防止熱量散發(fā)到水體中。文獻［47］采用更為簡便和低成本的一維水路設計，先將無塵紙（ALP）折疊起來，然后將其穿過EPE泡沫的中心孔并覆蓋在EPE泡沫上表面，從而形成1D輸水通道。此外，這種1D水路具有與2D水路不同的流向，能夠使鹽分在蒸發(fā)界面邊緣析出，因此還具有良好的耐鹽性（圖8d）。

最后，對近年來SDIE的材料、結構設計以及其光蒸發(fā)性能進行匯總，結果如表1所示。

2.4 耐鹽設計

盡管SDIE在蒸發(fā)速率和效率方面相比于傳統(tǒng)太陽能蒸餾法已經提高了很多，但要想應用到實際的海水淡化，還需要解決鹽分在加熱界面處的析出與累積的問題。鹽的累積一方面會增強光的反射，另一方面會堵塞水輸送通道，兩者都會使SDIE的蒸發(fā)速率和效率降低。解決鹽累積問題的常規(guī)方法包括清洗和物理去除，但這些方法會中斷連續(xù)生產，從而導致運營成本的增加和生產效率的下降，因此耐鹽設計對于SDIE同樣重要。目前耐鹽結構設計的思路有兩條：一是在蒸發(fā)界面處保持較低的鹽離子濃度，使鹽分不析出；二是及時遷移已析出的鹽，防止鹽分在SDIE中累積。前者可通過增強水體與SDIE的流體對流，提供蒸發(fā)界面足夠多的水以降低鹽濃度或設計鹽阻斷機制，防止鹽離子接觸SDIE的蒸發(fā)界面來實現(xiàn)；而后者是將鹽分析出，然后將鹽分溶解遷移回水體或遷移出蒸發(fā)界面并收集起來。

2.4.1 限制鹽結晶

為了降低蒸發(fā)界面處的鹽濃度，文獻［54］設計了一種自驅動的耐鹽蒸發(fā)器，將黑色金納米顆粒沉積在三聚氰胺樹脂海綿（BDS）上，可實現(xiàn)高效、無鹽和持久的太陽能海水淡化，它利用了BDS的強吸水性，在重力和毛細作用力的驅動下，蒸發(fā)界面處的濃溶液和水體的稀溶液可自由交換，這樣海綿中鹽溶液的濃度始終達不到飽和狀態(tài)。除了采用強吸水性的材料外，還可通過增大輸水孔道來加速流體對流。文獻［55］通過3D打印制備了基于rGO的分級多孔SDIE，該SDIE由薄層多孔光熱界面（PI）和具有大尺寸多孔結構的分級多孔傳輸?shù)耐ǖ谰W(wǎng)格（TC）構成。PI和TC中構建連通的多孔通道可有效提高SDIE的鹽傳輸通量，并降低鹽傳輸阻力，從而同時實現(xiàn)了在高鹽度溶液（質量分數(shù)為10%）下的快速蒸發(fā)速率，且連續(xù)工作10天蒸發(fā)界面無鹽分積累（圖9）。此外，將鹽離子限制在加熱界面之外，使蒸發(fā)界面鹽離子濃度維持不飽和狀態(tài)，也能實現(xiàn)SDIE的耐鹽性。文獻［56］報道了一種由疏水性炭黑（CB）涂層和親水性多孔聚氨酯-碳納米管（TPC）基體組成的Janus（疏水上層和親水下層的結構）自浮海綿SDIE。疏水性CB涂層有助于排斥鹽水，隨著水分的蒸發(fā)，親水性/疏水性界面的鹽度逐漸提高，而具有多孔結構和高吸水能力的TPC基體可用作快速的輸水通道，將高鹽度的水從親水/疏水界面轉移到低鹽度的水體中。即使在質量分數(shù)高達25%的鹽度下也可實現(xiàn)高效的太陽能蒸汽產生，且蒸發(fā)界面沒有鹽分累積（圖9）。

2.4.2 鹽分遷移

在陽光照射下，SDIE能夠運輸水體的鹽水到蒸發(fā)界面進行水蒸發(fā)，使得蒸發(fā)界面與水體之間的鹽濃度梯度增加。而另一方面，一旦形成鹽濃度梯度，擴散力就會驅使鹽離子從蒸發(fā)界面遷移至水體從而降低蒸發(fā)界面的鹽濃度?；诖耍墨I［57］開發(fā)了一種以自天然木材為原料的柔性防霉氣凝膠作為基體，Au納米顆粒修飾的還原氧化石墨烯（Au-rGO）作為光熱轉換材料的SDIE，所制得的蒸發(fā)器可實現(xiàn)鹽分的自清潔性，在太陽光照射下，第3個小時可看到蒸發(fā)界面上的鹽晶體，隨著蒸發(fā)時間的推移，鹽結晶不斷增多，然而停止光照后，鹽晶體又會在15 h后重新溶解到水體中而消失（圖9c）。這種方法雖然能夠解決鹽析出結晶的問題，但這相當于將表面結晶的鹽直接排放回水體中，長時間后會導致蒸發(fā)表面和水體鹽濃度梯度減小，自清潔能力下降，需要定期更換水體。為了解決這一問題，學者們提出將水蒸發(fā)界面與鹽分析出界面分離的新耐鹽策略。例如，受到咖啡環(huán)效應和晶核定律的啟發(fā)，即在蒸發(fā)過程中，從液滴中心向外的毛細管流動將懸浮鹽顆粒帶到邊緣，懸浮鹽顆粒沿邊緣高度集中，然后最終以環(huán)狀方式沉積，遵循這一原則，文獻［58］設計了一種非常簡單但高效的MCD裝置，通過使用三根棉線遷移NaCl溶液來增強SDIE的耐鹽性，其中NaCl顆粒首先在露出水面部分的棉線邊緣形成結晶析出，隨著光照時間延長，棉線露出容器外的部分的鹽結晶逐漸增多，之后粘附在容器外壁上，從而避免了鹽分在蒸發(fā)界面處結晶，并同時實現(xiàn)了鹽分和純凈水的收集（圖9d）。

3 SDIE的其他應用

SDIE利用太陽能轉換成的熱量使水分蒸發(fā)，并通過冷凝收集得到純凈水。因此，在蒸汽冷凝過程中所釋放的蒸汽焓可儲存并用于發(fā)電，從而進一步提高SDIE的太陽能轉換效率。文獻［59］首次提出存儲和回收冷凝過程的蒸汽焓的概念，采用石墨/非織造布作為光熱轉換材料，Bi2Te3作為熱電材料。該裝置能夠存儲和回收來自蒸汽冷凝過程的蒸汽焓，同時產生純凈水和電能。在30個太陽輻照度下光熱轉換效率為72.2%，額外發(fā)電效率為1.23%。此外，SDIE還可應用于蒸汽殺菌和污水處理（包括重金屬污水、染料污水和油污水）等領域。高溫蒸汽不僅能殺滅細菌、真菌等微生物，而且對芽孢有致死作用。因此，研究人員可利用SDIE的高溫蒸汽進行有效滅菌。文獻［60］設計了一種具有分層納米結構的SDIE，集成了垂直取向的石墨烯納米片（VG）和高度多孔的石墨烯氣凝膠（GA），得益于VG/GA出色的光子吸收和隔熱性，實現(xiàn)了超快的太陽光熱響應，在10個太陽輻照度下，1 s內溫度升高了169.7 ℃，從而達到殺菌效果。在各種文獻報道中，SDIE去除常規(guī)金屬離子（K+、Ca2+、Na+和Mg2+）主要依賴于太陽能驅動的界面蒸發(fā)-冷凝。該方法對常規(guī)金屬離子的去除效率可達99.9%以上，得到的純凈水符合各種飲用水標準。而利用SDIE凈化重金屬污水主要依賴于太陽能驅動的界面蒸發(fā)-冷凝、吸附及其協(xié)同作用。得益于一些SDIE基體本身的化學性質與獨特的微納米孔道結構，蒸發(fā)時重金屬離子被吸附在基體的微納米孔道中，從而起到凈化重金屬污水的效果［61］。文獻［62］將可再生生物質魔芋葡甘聚糖（KGM）與鐵基金屬有機骨架（Fe-MOF）作為光熱轉換材料引入PVA聚合物網(wǎng)絡體系制得HHE蒸發(fā)器。KGM可以提供的過量羥基通過與重金屬離子、有機染料形成氫鍵和螯合鍵實現(xiàn)有效的去除。此外，HHE對細菌還有殺滅作用。

4 結論與展望

得益于近年來的深入研究，各種良好的光熱轉換材料、基體和結構設計被相繼開發(fā)，SDIE在光吸收率、蒸發(fā)速率和蒸發(fā)效率等方面已取得突破性進展（蒸發(fā)效率和速率超過理論最大值）。但目前太陽能界面蒸發(fā)器仍處于概念驗證階段，在戶外性能、能量利用效率、熱管理和應用擴展等方面還存在許多亟待解決的問題。

1）目前大多數(shù)SDIE的蒸發(fā)性能是在1 kW/m2 的太陽輻照度下測得。在戶外條件下，考慮到季節(jié)、天氣條件和位置在內的各種因素，實際照射到蒸發(fā)器上表面的平均太陽輻照度低于1 kW/m2，因此需繼續(xù)提升光熱轉換材料在低太陽輻照度下的光熱轉換性能。

2）基體的水輸送能力和隔熱性能通常是矛盾的，因此如何設計同時滿足SDIE快速的水運輸和低的熱傳導損失的要求仍極具挑戰(zhàn)性。

3）目前，蒸發(fā)器的耐鹽性大多在3.5%（質量分數(shù)）的NaCl溶液中進行，應當探究其在高鹽度溶液中的蒸發(fā)性能。此外，實際海水中的重金屬離子、有機污染物和微生物等復雜物質的存在會顯著影響其長期穩(wěn)定性，這還需要進一步驗證。

4）目前太陽能界面蒸發(fā)器已擴展應用于滅菌、發(fā)電、廢水處理等其他領域，可將海水淡化與其他太陽能驅動的應用進行合理結合，進一步提高其實用性。

［參考文獻］

［1］ 李駕三. 水資源學［J］. 地球科學進展， 1991， 6（6）： 72-73.

LI J S. Water resources［J］. Advances in earth science，1991， 6（6）： 72-73.

［2］ 紀雪. 2025年將有35億人面臨缺水［J］. 生態(tài)經濟， 2019， 35（10）： 5-8.

JI X. In 2025， 3.5 billion people will face water shortage［J］. Ecological economy， 2019， 35（10）： 5-8.

［3］ LI Z Y， SIDDIQI A， ANADON L D， et al. Towards sustainability" in" water-energy" nexus：" ocean" energy" for seawater" "desalination［J］." "Renewable" "and" "sustainable energy reviews， 2018， 82： 3833-3847.

［4］ GUDE V G， NIRMALAKHANDAN N， DENG S G. Renewable and sustainable approaches for desalination［J］. Renewable and sustainable energy reviews， 2010， 14（9）： 2641-2654.

［5］ AHMED F E， HASHAIKEH R， HILAL N. Solar powered desalination-technology，" energy" and" future" outlook［J］. Desalination， 2019， 453： 54-76.

［6］ GAO M M， ZHU L L， PEH C K， et al. Solar absorber material and system designs for photothermal water vaporization towards clean water and energy production［J］. Energy amp; environmental science， 2019， 12（3）： 841-864.

［7］ IRSHAD M S， WANG X B， ABBASI M S， et al. Semiconductive， flexible MnO2 NWs/chitosan hydrogels for efficient solar steam generation［J］. ACS sustainable chemistry amp; engineering， 2021， 9（10）： 3887-3900.

［8］ LIN Y W， XU H， SHAN X L， et al. Solar steam generation based on the photothermal effect： from designs to applications， and beyond［J］. Journal of materials chemistry A， 2019， 7（33）： 19203-19227.

［9］ SHAHBAZI M A， GHALKHANI M， MALEKI H. Directional" freeze-casting：" a" bioinspired" method" to assemble multifunctional aligned porous structures for advanced" " " applications［J］." " " Advanced" " " engineering materials， 2020， 22（7）： 2000033.

［10］ BRONGERSMA M L， HALAS N J， NORDLANDER P. Plasmon-induced hot carrier science and technology［J］. Nature nanotechnology， 2015， 10（1）： 25-34.

［11］ LOEB S， LI C H， KIM J H. Solar photothermal disinfection" " using" " broadband-light" " absorbing" " gold nanoparticles and carbon black［J］. Environmental science amp; technology， 2018， 52（1）： 205-213.

［12］ ZHANG Y， WANG Y， YU B， et al. Hierarchically structured black gold film with ultrahigh porosity for solar steam generation［J］. Advanced materials， 2022， 34（21）： e2200108.

［13］ CHEN Z H， LIN Y， QIAN Q， et al. Picosecond laser treated aluminium surface for photothermal seawater desalination［J］. Desalination， 2022， 528： 115561.

［14］ HUANG X J， ZHANG W L， GUAN G Q， et al. Design and functionalization of the NIR-responsive photothermal semiconductor nanomaterials for cancer theranostics［J］. Accounts of chemical research， 2017， 50（10）： 2529-2538.

［15］ ZHANG X F， WU G， YANG X C. MoS2 nanosheet-carbon foam" composites" for" solar" steam" generation［J］." ACS applied nano materials， 2020， 3（10）： 9706-9714.

［16］ SU L F， HU Y Q， MA Z Q， et al. Synthesis of hollow copper sulfide nanocubes with low emissivity for highly efficient solar steam generation［J］. Solar energy materials and solar cells， 2020， 210： 110484.

［17］ VéLEZ-CORDERO" J" R，" HERNáNDEZ-CORDERO" J. Heat" " generation" " and" " conduction" " in" " PDMS-carbon nanoparticle membranes irradiated with optical fibers［J］. International journal of thermal sciences， 2015， 96： 12-22.

［18］ JIAN H W， WANG Y， LI W X， et al. Reduced graphene oxide aerogel with the dual-cross-linked framework for efficient solar steam evaporation［J］. Colloids and surfaces A： physicochemical and engineering aspects， 2021， 629： 127440.

［19］ LI K R， GAO M M， LI Z P， et al. Multi-interface engineering of solar evaporation devices via scalable， synchronous" thermal" shrinkage" and" foaming［J］." Nano energy， 2020， 74： 104875.

［20］ HE S M， CHEN C J， KUANG Y D， et al. Nature-inspired salt resistant bimodal porous solar evaporator for efficient and stable water desalination［J］. Energy amp; environmental science， 2019， 12（5）： 1558-1567.

［21］ SUN" P，" ZHANG" W，" ZADA" I，" et" al." 3D-structured carbonized sunflower heads for improved energy efficiency in solar steam generation［J］. ACS applied materials amp; interfaces， 2020， 12（2）： 2171-2179.

［22］ XU N， HU X Z， XU W C， et al. Mushrooms as efficient solar steam-generation devices［J］. Advanced materials， 2017， 29（28）： 1606762.

［23］ LIU Z W， QING R K， XIE A Q， et al. Self-contained Janus aerogel with antifouling and salt-rejecting properties for stable solar evaporation［J］. ACS applied materials amp; interfaces， 2021， 13（16）： 18829-18837.

［24］ DAO V D， VU N H， YUN S N. Recent advances and challenges" "for" "solar-driven" "water" "evaporation" "system toward applications［J］. Nano energy， 2020， 68： 104324.

［25］ ZHAO Q B， WAN Y Q， CHANG F， et al. Photothermal converting polypyrrole/polyurethane composite foams for effective solar desalination［J］. Desalination， 2022， 527： 115581.

［26］ ZOU Y， ZHAO J Y， ZHU J Y， et al. A mussel-inspired polydopamine-filled cellulose aerogel for solar-enabled water remediation［J］. ACS applied materials amp; interfaces， 2021， 13（6）： 7617-7624.

［27］ NAGUIB M， KURTOGLU M， PRESSER V， et al. Two-dimensional nanocrystals produced by exfoliation of Ti3AlC2［J］. Advanced materials， 2011， 23（37）： 4248-4253.

［28］ VAHIDMOHAMMADI A， ROSEN J， GOGOTSI Y. The world of two-dimensional carbides and nitrides （MXenes）［J］. Science， 2021， 372（6547）： eabf1581.

［29］ LI R Y， ZHANG L B， SHI L， et al. MXene Ti3C2： an effective 2D light-to-heat conversion material［J］. ACS nano， 2017， 11（4）： 3752-3759.

［30］ GUO Z Z， ZHOU W， ARSHAD N， et al. Excellent energy capture of hierarchical MoS2 nanosheets coupled with MXene for efficient solar evaporators and thermal packs ［J］. Carbon， 2022， 186：19-27.

［31］ GUO Z Z， ZHOU W， ARSHAD N， et al. Excellent energy capture of hierarchical MoS2 nanosheets coupled with MXene for efficient solar evaporators and thermal packs［J］. Carbon， 2022， 186： 19-27.

［32］ SU J B， ZHANG P K， YANG R， et al. MXene-based flexible and washable photothermal fabrics for efficiently continuous solar-driven evaporation and desalination of seawater［J］. Renewable energy， 2022， 195： 407-415.

［33］ CAI C Y， WANG Y Q， WEI Z C， et al. Biomimetic 3D membranes with MXene heterostructures for superior solar steam generation， water treatment， and electricity generation［J］. Solar RRL， 2021， 5（11）： 2100593.

［34］ XU D X， LI Z D， LI L S， et al. 2D MXene nanomaterials： insights into the photothermal conversion of 2D MXene nanomaterials： synthesis， mechanism， and applications （adv. funct. mater. 47/2020）［J］. Advanced functional materials， 2020， 30（47）： 2070314.

［35］ WANG Y， QI Q B， FAN J， et al. Simple and robust MXene/carbon nanotubes/cotton fabrics for textile wastewater purification via solar-driven interfacial water evaporation［J］. Separation and purification technology， 2021， 254： 117615.

［36］ WANG G， FU Y， GUO A K， et al. Reduced graphene oxide-polyurethane nanocomposite foam as a reusable photoreceiver" "for" "efficient" "solar" "steam" "generation［J］. Chemistry of materials， 2017， 29（13）： 5629-5635.

［37］ ZHANG W M， YAN J， SU Q， et al. Hydrophobic and porous carbon nanofiber membrane for high performance solar-driven interfacial evaporation with excellent salt resistance［J］. Journal" of" colloid" and" interface" science， 2022， 612： 66-75.

［38］ KIRIARACHCHI H D， AWAD F S， HASSAN A A， et al. Plasmonic chemically modified cotton nanocomposite fibers for efficient solar water desalination and wastewater treatment［J］. Nanoscale， 2018， 10（39）： 18531-18539.

［39］ WANG S， NIU Y， YE X Y， et al. Robustly inorganic solar steam generator derived from hollow glass microspheres based composites for desalination［J］. Solar RRL， 2021， 5（12）： 2100771.

［40］ ZHOU X Y， ZHAO F， GUO Y H， et al. Architecting highly hydratable polymer networks to tune the water state for solar water purification［J］. Science advances， 2019， 5（6）： eaaw5484.

［41］ GUO Y H， ZHAO X， ZHAO F， et al. Tailoring surface wetting states for ultrafast solar-driven water evaporation［J］. Energy amp; environmental science， 2020， 13（7）： 2087-2095.

［42］ SUN Y， GAO J P， LIU Y， et al. Copper sulfide-macroporous polyacrylamide hydrogel for solar steam generation［J］. Chemical engineering science， 2019， 207： 516-526.

［43］ ITO Y， TANABE Y， HAN J H， et al. Multifunctional porous graphene for high-efficiency steam generation by heat localization［J］. Advanced materials， 2015， 27（29）： 4302-4307.

［44］ LI W， TIAN X H， LI X F， et al. Ultrahigh solar steam generation rate of a vertically aligned reduced graphene oxide foam realized by dynamic compression［J］. Journal of materials chemistry A， 2021， 9（26）： 14859-14867.

［45］ LI X Q， XU W C， TANG M Y， et al. Graphene oxide-based efficient and scalable solar desalination under one Sun with a confined 2D water path［J］. Proceedings of the national academy of sciences of the United States of America， 2016， 113（49）： 13953-13958.

［46］ LI Y J， GAO T T， YANG Z， et al. Graphene oxide-based evaporator with one-dimensional water transport enabling high-efficiency solar desalination［J］. Nano energy， 2017， 41： 201-209.

［47］ WANG X， GAN Q M， CHEN R， et al. Water delivery channel design in solar evaporator for efficient and durable water evaporation with salt rejection［J］. ACS sustainable chemistry amp; engineering， 2020， 8（21）： 7753-7761.

［48］ YANG Y W， ZHAO H Y， YIN Z Y， et al. A general salt-resistant hydrophilic/hydrophobic nanoporous double layer design for efficient and stable solar water evaporation distillation［J］. Materials horizons， 2018， 5（6）： 1143-1150.

［49］ 陳英波， 徐蛟鵬. 碳黑/聚酰胺6復合膜的制備及其高效太陽能蒸發(fā)應用［J］. 天津工業(yè)大學學報， 2022， 41（2）： 9-13， 19.

CHEN Y B， XU J P. Preparation of carbon black/polyamide 6 composite membrane and its application in high efficiency solar evaporation［J］. Journal of Tiangong University， 2022， 41（2）： 9-13， 19.

［50］ ZHU M W， LI Y J， CHEN F J， et al. Plasmonic wood for high-efficiency" "solar" "steam" " generation［J］." " Advanced energy materials， 2018， 8（4）： 1701028.

［51］ JIAN H W， QI Q B， WANG W， et al. A Janus porous carbon nanotubes/poly （vinyl alcohol） composite evaporator" "for" "efficient" "solar-driven" "interfacial" " water evaporation［J］." Separation" and" purification" technology， 2021， 264： 118459.

［52］ FU Y， WANG G， MING X， et al. Oxygen plasma treated graphene aerogel as a solar absorber for rapid and efficient solar steam generation［J］. Carbon， 2018， 130： 250-256.

［53］ LIU G H， CHEN T， XU J L， et al. Salt-rejecting solar interfacial evaporation［J］. Cell reports physical science， 2021， 2： 100310.

［54］ LI H R， YAN Z， LI Y， et al. Latest development in salt removal" " from" " solar-driven" " interfacial" " saline" " "water evaporators： advanced strategies and challenges［J］. Water research， 2020， 177： 115770.

［55］ YANG H， SUN Y H， PENG M W， et al. Tailoring the salt transport flux of solar evaporators for a highly effective salt-resistant" desalination" with" high" productivity［J］." ACS nano， 2022， 16（2）： 2511-2520.

［56］ LI S Y， QIU F， XIA Y G， et al. Integrating a self-floating Janus TPC@CB sponge for efficient solar-driven interfacial water evaporation［J］. ACS applied materials amp; interfaces， 2022， 14（17）： 19409-19418.

［57］ ZHANG Q， LI L， JIANG B， et al. Flexible and mildew-resistant wood-derived aerogel for stable and efficient solar desalination［J］." "ACS" "applied" "materials" amp;" "interfaces， 2020， 12（25）： 28179-28187.

［58］ LI J Y， ZHOU X， ZHANG J Y， et al. Migration crystallization device based on biomass photothermal materials for efficient salt-rejection solar steam generation［J］. ACS applied energy materials， 2020， 3（3）： 3024-3032.

［59］ LI X Q， MIN X Z， LI J L， et al. Storage and recycling of interfacial solar steam enthalpy［J］. Joule， 2018， 2（11）： 2477-2484.

［60］ WU S H， XIONG G P， YANG H C， et al. Scalable production of integrated graphene nanoarchitectures for ultrafast solar-thermal conversion and vapor generation［J］. Matter， 2019， 1（4）： 1017-1032.

［61］ LI J Y， JING Y J， XING G Y， et al. Solar-driven interfacial evaporation for water treatment： advanced research progress and challenges［J］. Journal of materials chemistry A， 2022， 10（36）： 18470-18489.

［62］ GUO Y H， LU H Y， ZHAO F， et al. Biomass-derived hybrid hydrogel evaporators for cost-effective solar water purification［J］." Advanced" materials，" 2020，" "32（11）： e1907061.

RESEARCH PROGRESS OF SOLAR INTERFACIAL EVAPORATORS FOR HIGH-EFFICIENCY DESALINATION

Liu Qiang1，2，Xiao Weixin1，2，Luo Yuan1，2，Liao Bin1，Yan Kaiqi1，Zhang Jingjie1

（1. State Key Laboratory of Technologies in Space Cryogenic Propellants， Technical Institute of Physics and Chemistry，

Chinese Academy of Sciences， Beijing 100190， China；

2. University of Chinese Academy of Sciences， Beijing 100049， China）

Abstract：In this paper， the latest progress of SDIE based on the principle of photothermal conversion is reviewed. The photothermal conversion materials， substrates， water transport channels， and salt resistance design for seawater desalination are introduced respectively from the perspectives of performance evaluation indicators and material design ideas. Other scalable application fields of SDIE are also briefly introduced. Finally， the problems to be solved and future research directions of SDIE in seawater desalination are prospected

Keywords：solar energy； evaporation； desalination； photothermal conversion