2026年3月，國際期刊《Composites Part B》在線發(fā)表了南京林業(yè)大學(xué)/新加坡國立大學(xué)題為“Scalable bamboo-waste solar evaporators for low-cost and sustainable desalination”的研究性論文。本文通過常溫下催化輔助激光石墨化（C-LG）技術(shù)，原位構(gòu)建連續(xù)石墨烯薄膜，將竹廢料升級為耐用、低成本、米級太陽能蒸發(fā)器，顯著簡化制備工藝，并突破了生物質(zhì)基蒸發(fā)器的光熱性能瓶頸。Composites Part B: Engineering? 是一本由Elsevier出版的國際知名學(xué)術(shù)期刊，專注于復(fù)合材料領(lǐng)域的高質(zhì)量研究?，屬于中科院一區(qū)Top期刊，在國際材料科學(xué)領(lǐng)域具有重要學(xué)術(shù)影響力?國際學(xué)術(shù)。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113300

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全球淡水資源短缺亟需可持續(xù)的水凈化解決方案?。太陽能驅(qū)動蒸發(fā)技術(shù)雖在分布式清潔水供應(yīng)方面前景廣闊，但其應(yīng)用受限于高成本、耐久性差和規(guī)模化困難。本文通過常溫下催化輔助激光石墨化（C-LG）技術(shù)，原位構(gòu)建連續(xù)石墨烯薄膜，將竹廢料升級為耐用、低成本、米級太陽能蒸發(fā)器，顯著簡化制備工藝，并突破了生物質(zhì)基蒸發(fā)器的光熱性能瓶頸。利用竹子天然中空結(jié)構(gòu)與創(chuàng)新的中空交替設(shè)計，實驗室規(guī)模蒸發(fā)器實現(xiàn)了增強的蒸汽對流，消除“死區(qū)”，促進溶液擴散以防止鹽分積累，性能優(yōu)于已報道的同類生物質(zhì)蒸發(fā)器，并在高鹽度東海海水中持續(xù)穩(wěn)定產(chǎn)水超過180天。為實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，米級模塊被集成至太陽能驅(qū)動的淡化-種植平臺，支持塊莖、豆類和谷物作物的全周期種植，技術(shù)經(jīng)濟性能創(chuàng)紀錄地超過3000 g·h?1·$?1。生命周期評估進一步顯示，相比傳統(tǒng)淡化系統(tǒng)，其二氧化碳當(dāng)量排放減少逾百倍。這一受自然啟發(fā)、可實地部署的蒸發(fā)器構(gòu)建了低成本、低碳的太陽能-水-糧食 nexus，直接推動實現(xiàn)全球氣候韌性與可持續(xù)發(fā)展目標。

在全球范圍內(nèi)，淡水短缺危機正隨著氣候條件的持續(xù)變化、人口總量的不斷攀升以及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水需求的日益增長而愈發(fā)嚴峻。太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)憑借其清潔無污染、碳排放低的顯著優(yōu)勢，逐漸成為水資源領(lǐng)域的研究焦點。然而，當(dāng)前主流的蒸發(fā)器大多以人工合成材料為核心制備原料，不僅生產(chǎn)成本居高不下，廢棄后還難以自然降解，極易引發(fā)環(huán)境負擔(dān)；更關(guān)鍵的是，當(dāng)該技術(shù)走向規(guī)模化應(yīng)用時，設(shè)備內(nèi)部極易形成蒸汽“死區(qū)”，大幅削弱蒸發(fā)效率。

與此同時，生物質(zhì)材料雖具備天然多孔結(jié)構(gòu)、原料來源廣泛且成本低廉等特質(zhì)，但其表面對光線的反射率較高，光熱轉(zhuǎn)換效率難以突破瓶頸，這一短板嚴重限制了它在太陽能蒸發(fā)技術(shù)體系中的進一步推廣與應(yīng)用。

廢棄竹材的高值化轉(zhuǎn)化：研究以竹子加工中常被棄置的上部殘材為原料，通過催化劑輔助激光石墨化技術(shù)，在常溫常壓條件下于竹材表面原位生成多孔石墨烯薄膜。這一改性處理將材料的光吸收率提升至95%，且制備流程簡便、成本低廉，實現(xiàn)了廢棄竹材的“變廢為寶”。

創(chuàng)新結(jié)構(gòu)破解規(guī)模化瓶頸：研發(fā)團隊設(shè)計了“空心交替”蜂窩狀結(jié)構(gòu)，通過竹單元的有序排列強化蒸汽對流效應(yīng)，徹底消除蒸汽“死區(qū)”，大幅提升蒸發(fā)效率。同時，該結(jié)構(gòu)可促進鹽分橫向擴散，從根源上解決蒸發(fā)器表面積鹽問題，為規(guī)模化應(yīng)用掃清障礙。

長效穩(wěn)定的高性能表現(xiàn)：基于上述技術(shù)制備的米級蒸發(fā)器，蒸發(fā)速率可達2.07 kg·m?2·h?1。在高鹽度東海海水中連續(xù)運行180天，設(shè)備性能未出現(xiàn)明顯衰減，產(chǎn)出淡水的各項指標均符合國際飲用水標準，展現(xiàn)出優(yōu)異的穩(wěn)定性與耐用性。

構(gòu)建“水—糧”聯(lián)產(chǎn)閉環(huán)系統(tǒng)：將該蒸發(fā)器與農(nóng)業(yè)種植平臺集成，搭建起太陽能驅(qū)動的“淡水—糧食”聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)。利用淡化產(chǎn)出的清潔水，成功實現(xiàn)小麥、豆類等多種作物的全周期培育，形成了從海水淡化到作物種植的閉環(huán)生產(chǎn)模式。

環(huán)保與經(jīng)濟價值兼具：全生命周期評估結(jié)果顯示，該技術(shù)的二氧化碳排放量較傳統(tǒng)海水淡化系統(tǒng)降低100倍以上；其成本效益比超過3000 g·h?1·＄?1，在技術(shù)經(jīng)濟性上表現(xiàn)突出，具備極強的規(guī)模化推廣潛力。

先將竹材置于單寧酸-鐵鹽混合溶液中浸泡，使其表面形成均勻分布的催化涂層；隨后采用CO?激光對竹材表面進行輻照，激光能量可觸發(fā)竹材表層有機組分同步發(fā)生碳化與石墨化反應(yīng)，最終生成具備光熱轉(zhuǎn)換功能的多孔石墨烯層。竹材原生的空心結(jié)構(gòu)與維管網(wǎng)絡(luò)為水分傳輸提供了天然高效通道，再結(jié)合“空心交替”的模塊化排列設(shè)計，可同時實現(xiàn)蒸汽的快速逸散與鹽分的及時遷移，從結(jié)構(gòu)層面保障蒸發(fā)過程的高效穩(wěn)定。

?圖1. 通過C-LG工藝制備竹廢料太陽能蒸發(fā)器的過程。

圖2. (a) 分級三維多孔石墨烯薄膜。(b) 穩(wěn)定的流體傳輸通道。(c) 雙峰多孔結(jié)構(gòu)誘導(dǎo)側(cè)向鹽水?dāng)U散與濃縮。(d) 實時水力傳輸性能的數(shù)字圖像與模擬結(jié)果。

圖3.(a) RB、LGB和C-LGB的拉曼光譜，(b) 傅里葉變換紅外光譜（FTIR），(c) X射線光電子能譜（XPS），以及(d) X射線衍射光譜（XRD）。(e) 沿C-LGB剖面的分析區(qū)域。(f) (e)中從上到下各分析區(qū)域?qū)?yīng)的拉曼光譜。(g) 石墨烯薄膜結(jié)構(gòu)的光學(xué)圖像及相應(yīng)的拉曼面掃圖（ROI：每個1.5 × 1.5 μm2），(h) D峰、(i) G峰和(j) 2D峰。(k) 紫外-可見-近紅外（UV–vis–NIR）光譜。(m) 在1個太陽光照下的實時表面溫度，以及(n) 紅外熱成像圖。

?圖4.? (a) 純水、RB、LGB 和 C-LGB 的水分蒸發(fā)隨時間的質(zhì)量變化。(b) 純水、RB、LGB 和 C-LGB 的蒸發(fā)速率。(c) 與此前報道的碳基或生物基太陽能蒸發(fā)器相比，蒸發(fā)速率和能量轉(zhuǎn)換效率的對比。(d) C-LGB 在不同光照強度下的蒸發(fā)速率，(f) 光學(xué)照片及紅外熱成像圖。(e) 蒸發(fā)焓的降低。(g) C-LGB 表面以上對流的模擬結(jié)果。

圖5. Density_array（a）和Hollow_alternate（b）表面以上對流的模擬結(jié)果。（c）60分鐘內(nèi)水分質(zhì)量變化及其數(shù)學(xué)模擬結(jié)果。（d）24小時內(nèi)蒸發(fā)水量及其數(shù)學(xué)模擬結(jié)果。Density_array（e）和Hollow_alternate（f）的排鹽性能與作用機制。

圖6. (a) Hollow_alternate在不同鹽溶液中的蒸發(fā)速率，插圖顯示10小時后的表面情況。(b) 四種主要離子的實測濃度，插圖展示使用Hollow_alternate進行太陽能蒸汽生成前后長江水的濁度變化。(c) 使用Hollow_alternate前后長江水的水質(zhì)情況。(d) 太陽能淡化-農(nóng)業(yè)集成系統(tǒng)及小麥全周期種植示意圖。(e) 竹廢料蒸發(fā)器在東海連續(xù)180天的蒸發(fā)性能，插圖顯示第1、45、90、135和180個循環(huán)的水質(zhì)量變化。(f) 竹廢料蒸發(fā)器與JW、AE和PV-RO相比的環(huán)境影響。(g) 六項指標綜合價值的對比，評分標準詳見補充表S11。(h) C-LGB與已報道的太陽能蒸發(fā)器和太陽能蒸餾器的經(jīng)濟技術(shù)分析。(i) 示意圖展示零饑餓（SDG 2）、清潔飲水（SDG 6）和氣候行動（SDG 13）在可持續(xù)發(fā)展目標中的重要性。

全球向可持續(xù)水基礎(chǔ)設(shè)施轉(zhuǎn)型需要高效、可擴展且適用于資源受限地區(qū)的去中心化、低碳技術(shù)?。本研究通過升級通常被丟棄的竹子上部來提升其可持續(xù)性與價值，并利用一步法C-LG策略將其轉(zhuǎn)化為高性能太陽能蒸發(fā)器。Fe-單寧酸配位復(fù)合物不僅在常溫下促進多孔石墨烯薄膜的原位形成，還顯著降低了碳化的能量閾值，從而獲得寬帶光吸收率達95%的高吸收表面，為突破傳統(tǒng)生物質(zhì)基太陽能蒸發(fā)器的光熱性能限制提供了環(huán)保制備路徑。此外，創(chuàng)新的中空交替結(jié)構(gòu)直接解決了太陽能蒸發(fā)器放大過程中的關(guān)鍵挑戰(zhàn)——面積增加通常因蒸汽積聚而導(dǎo)致蒸發(fā)性能下降。通過引入均勻分布的中空區(qū)域以促進對流性蒸汽排出和橫向鹽分傳輸，實現(xiàn)了?2.07 kg·m?2·h?1?的高蒸發(fā)速率，同時材料使用量減少?16.7%?，據(jù)我們所知，這是米級太陽能蒸發(fā)器中報道的最高效率之一。通過調(diào)控結(jié)構(gòu)而非化學(xué)成分，該設(shè)計為大規(guī)模太陽能蒸發(fā)系統(tǒng)提供了一種通用且可擴展的設(shè)計原則。此外，生命周期評估（LCA）和技術(shù)經(jīng)濟分析（TEA）進一步證實了該方法在環(huán)境與經(jīng)濟上的優(yōu)勢。本研究為設(shè)計下一代蒸發(fā)器提供了重要啟示，可在提升性能的同時兼顧可持續(xù)性與可負擔(dān)性，為清潔水與糧食生產(chǎn)提供切實解決方案，支持氣候韌性及聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展目標，即SDG 2零饑餓、SDG 6清潔水和SDG 13氣候行動。

Xu, H., Wang, S., Chen, M., Xu, X., & Li, B. (2025). Scalable Bamboo-Waste Solar Evaporators for Low-Cost and Sustainable Desalination. Composites Part B, DOI: https://doi.org/10.1016/j.compositesb.2025.113300

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資料整理與翻譯：陽光凈水

編輯：環(huán)境與能源功能材料

陽光凈水課題組：主要研究方向為生物質(zhì)基環(huán)境功能材料、太陽能蒸發(fā)材料、磁性吸附材料、污染物吸附和環(huán)境催化反應(yīng)機理。課題組主頁：

https://www.x-mol.com/groups/zhuhuayue

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殼聚糖丨纖維素丨MOF材料丨石墨烯丨碳納米管丨MXenes丨硫化鉬丨催化材料丨蒸發(fā)材料丨吸附材料丨電極材料丨除磷材料丨產(chǎn)氫材料

2025年9月，國際TOP期刊《International Journal of Biological Macromolecules》發(fā)表了陽光凈水課題組題為“Multifunctional and sustainable chitosan-based interfacial materials for effective water evaporation, desalination, and wastewater purification: A review”的綜述性論文。根據(jù)Web of Science檢索，這是國際上首篇全面論述多功能和可持續(xù)殼聚糖基界面蒸發(fā)材料在廢水處理和水凈化中應(yīng)用的綜述性論文。本文總結(jié)了殼聚糖基太陽能界面蒸發(fā)器（CS-SIE）四種類型（水凝膠、氣凝膠、海綿和膜）、五種改性材料和在水污染控制中應(yīng)用。最后，總結(jié)了CS-SIEs在際應(yīng)用中仍面臨挑戰(zhàn)。《International Journal of Biological Macromolecules》主要聚焦于天然大分子的化學(xué)改性及其在生物、環(huán)境、制藥、食品等領(lǐng)域的工業(yè)應(yīng)用，最新中科院分區(qū)：8.50/二區(qū)TOP期刊。

聲明： 1 、環(huán)境與能源功能材料公眾號分享國際生物質(zhì)（殼聚糖、纖維素、木質(zhì)素、海藻酸等）功能材料、太陽能蒸發(fā)材料、新型吸附材料、碳基（石墨烯、碳納米管、碳量子點、生物炭、富勒烯等）材料、 MOFs/HOFs/COFs 材料、光催化材料、 Fenton 材料、產(chǎn)氫材料等相關(guān)前沿學(xué)術(shù)成果，以及其它相關(guān)數(shù)據(jù)處理方法、論文寫作和論文投稿等信息，無商業(yè)用途。2、本公眾號尊重原創(chuàng)和知識產(chǎn)權(quán)人的合法權(quán)利。如涉及侵權(quán)，請立刻聯(lián)系公眾號后臺或發(fā)送郵件，我們將及時修改或刪除。3 、部分圖片和資源來源網(wǎng)絡(luò)或轉(zhuǎn)摘其它公眾號！凡注明 " 來源： xxx （非本公眾號） " 的作品，均轉(zhuǎn)載自其它媒體，轉(zhuǎn)載目的在于傳遞更多信息，并不代表本公眾號贊同其觀點和對其真實性負責(zé)，且不承擔(dān)此類作品侵權(quán)行為的直接責(zé)任及連帶責(zé)任。 4 、外文文獻翻譯目的在于傳遞更多國際相關(guān)領(lǐng)域信息。外文文獻由課題組研究生翻譯，因?qū)W識有限，難免有所疏漏和錯誤，請讀者批判性閱讀，也懇請大家批評指正。 5 、歡迎環(huán)境與能源材料相關(guān)研究成果提供稿件，環(huán)境與能源功能材料公眾號將會及時推送。聯(lián)系郵箱：EEmaterials@163.com ； 聯(lián)系微信號： LeoChuk 。