仿生叶片结构显神通！新型高效、稳定光热海水淡化材料

天津工业大学纺织科学与工程学院 王闻宇副教授和南达科他矿业理工学院 朱正涛副教授等人在 SCIENCE CHINA Materials 发表封面论文，以热带雨林树叶的蒸腾作用为灵感，设计了一种新型仿生叶片结构，以实现高效的太阳能蒸汽转化，提供了一种极具潜力的低成本、高效水净化方法，有助于利用可持续能源缓解全球水危机。

由于人口增加和人民生活水平的提高，工业、农业和家庭对清洁水的需求与日激增。而地球上有丰富的太阳能供应，利用光热材料吸收太阳能实现局域化热效应的太阳能光热蒸汽转化技术在水处理和水净化方面表现出巨大潜力。

实际应用中，太阳能光热蒸汽转化系统面临一个挑战性问题：在连续光照条件下，太阳能蒸汽转化系统内部的高温高湿环境会对系统效率产生不利影响。一种自然现象——热带雨林植物叶片的蒸腾作用引起了研究者的注意。为了适应高湿度、高温和光线不足的恶劣环境，热带雨林的叶子逐渐形成了独特的叶子结构，这有助于维持植物的代谢平衡。

仿生叶片结构（HPF）

（a）热带雨林典型植物叶片和（b，c）叶片表面和横截面SEM图像。（d）叶片结构图和仿生叶片结构（HPF）图。（e）HPF结构制备示意图及相应SEM图像。

近日，天津工业大学纺织科学与工程学院王闻宇副教授和南达科他矿业理工学院朱正涛副教授等人在 SCIENCE CHINA Materials 发表封面论文，以热带雨林树叶为 灵感，开发设计出了一种仿生叶片结构用于太阳能光热蒸汽转化，能够实现高效太阳能蒸汽转化和脱盐，不仅可以直接应用于盐水、海水的处理，还可以应用于如海盐生产、资源回收等领域。

这种新型仿生叶片结构由三个部分组成：（1）亲水性聚乙烯醇（PVA）海绵层（相当于叶子中的叶肉组织层），具有高孔隙率和低导热性；（2）聚吡咯（PPy）层（相当于叶子中的叶绿素层）负载于PVA海绵表面以吸收太阳能；（3）微/纳米尺度的多孔疏水表面层（相当于叶片中的气孔层）。其中，亲水海绵的PVA聚合物网络提供了高效水传输通道的同时实现了内部水蒸发焓的降低；PPy层吸收太阳能并转化为内能加热气液蒸汽界面的水，实现热局部化，大大减小了热损耗；疏水性多孔表面层的边缘效应，为水蒸气提供了高效逃逸通道。

仿生叶片结构太阳能蒸汽转化装置，将生命科学与材料科学的研究相结合，大大提高了太阳能蒸汽转化效率，为未来的可持续发展提供了新的思路。

研究详情请阅读原文▼

Li, Y., Jin, X., Li, W. et al. Biomimetic hydrophilic foam with micro/nano-scale porous hydrophobic surface for highly efficient solar-driven vapor generation. Sci. China Mater . (2021). https://doi.org/10.1007/s40843-021-1840-3

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