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Science Bulletin |综述:用于太阳能水净化的协同界面材料的主动调控

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成果简介


近日,成都理工大学热质纳能课题组联合新加坡国立大学在国际顶级期刊《Science Bulletin》发表了题 为 "Active Regulation of Synergistic Interfacial Materials for Solar Water Purification"的综述性论文。成都理工大学研究生李心余为第一作者,成都理工大学李小可副教授、康奈尔大学张乐楠教授和新加坡国立大学Swee Ching TAN教授为共同通讯作者。

针对太阳能界面蒸发(SIE)与光催化(PC)耦合系统中长期存在的“热-吸附悖论”、传质失配及光能竞争等核心冲突,研究团队提出了一套从“被动堆叠”向“主动调控”跨越的全新设计范式。该综述系统提出了三大核心设计原则:一是通过 Janus 不对称结构实现空间解耦,将高温蒸发区与常温催化吸附区物理隔离,从根本上杜绝了挥发性有机物(VOCs)的热脱附与共蒸发二次污染;二是构建多尺度传质网络,利用毛细泵吸与马兰戈尼效应实现连续供水与自主排盐,有效避免了盐结晶与催化剂毒化;三是实施动态系统集成,通过“先催化后蒸发”等级联工艺实现光热与传质的精准时空匹配。

同时,该综述重塑了耦合系统的效能评估体系,指出传统依靠液相浓度衰减(C/C0)易忽视污染物未被完全降解即直接挥发至冷凝水中的“伪高效”现象。基于全相态质量平衡(Mass Balance),文章确立了以总有机碳(TOC)去除率和冷凝水实际品质为核心的金标准,并构建了协同因子(Synergy Factor, SF>1.0)模型,提供了验证系统实现真实化学矿化与正向协同的定量物理边界。

该综述厘清了界面热-质-光传输的底层物理化学冲突,建立了“机理分析-设计原则-评估标准-场景落地”的完整科学体系。最后,文章展望了该技术在高盐脱盐、复杂工业废水治理及抗生物污堵中的应用前景,并指出了未来向基于 AI 与数字孪生的自适应智能调控及“水-能源-资源(W-E-R)微型工厂”演进的发展方向。

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图文导读



SIE-PC 耦合系统的演进历程


结论与展望:逻辑框架图

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作者简介


第一作者:

李心余,成都理工大学材料与化学化工学院2025级硕士研究生。

通讯作者:

李小可,成都理工大学副教授,硕士生导师,西安交通大学博士后,主要从事太阳能光热转换与太阳能热利用技术相关领域的研究,截止目前共发表SCI论文及中文核心期刊论文70余篇,总他引次数超过2000次,H指数为15,并有多篇论文入选ESI热点论文和高被引论文,连续四年入选全球前2%顶尖科学家(2022,2023,2024,2025)。邮箱:xiaokeli319@126.com

张乐楠,2016年获上海交通大学和普渡大学机械工程学士学位,2018和2022年分别获得麻省理工学院机械工程硕士和博士学位,师从两院院士、麻省理工学院副校长Evelyn N. Wang教授,2022至2024年在麻省理工学院担任研究科学家,独立PI。2024年7月加入康奈尔大学机械与航空航天工程系。以第一作者/通讯作者在Nature Review Materials、Chemical Reviews、Nature Communications、Science Advances、Joule、Energy & Environmental Science、Advanced Materials、ACS Nano、Nano Letters等期刊发表论文六十余篇。引用数共计3964,H-index 30。研究成果被“时代”杂志(TIME Magazine)评为2023年度最佳发明并多次入选麻省理工年度最佳研究。相关研究成果多次被TIME Magazine、CNN、The Economist、World Economic Forum、Scientific American、MIT Technology Review、Nature、MIT News、Cornell Chronicle等国际知名媒体报道。

Tan Swee Ching,新加坡国立大学副教授,在剑桥大学取得博士学位,之后前往美国麻省理工学院进行博士后研究,后任职于新加坡国立大学材料科学与工程学院。主要从事吸附式大气水收集,光热界面转换、功能性水凝胶材料的设计、智能可穿戴材料与器件等多方面的研究。近年来,以通讯作者在Nat. Rev. Mater.,Nat. Electron.,Nat. Sustain.,Nat. Water,Joule,Energy Environ. Sci.,Sci. Adv.,Nat. Commun., Chem, Matter,Adv. Mater.等学术期刊上发表论文100余篇,总引用量8800余次,h因子55,并获得多项发明专利。其研究成果曾被 Forbes, Reuters, MIT Technology Review, Business Insider, Eco-Business, South China Morning Post等多次报道。

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DOI:10.1016/j.scib.2026.09.065

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