当前,全球的淡水资源正面临短缺的问题,而大量的海水资源与污水成为未来清洁水的可能来源,然而常规的海水淡化与污水处理需要大量的电力成本的投入,且这些处理方式还可能造成二次污染。基于此,太阳能光热驱动的清洁水生产技术成为了国内外的研究热点。该技术的核心为光热转换器件,目前大多数高效率的光热转换器件具有制备过程复杂、原材料昂贵、不宜大规模制备生产等问题,制约着该技术的进一步探索及未来在水处理行业的应用。因此,来源丰富、价格便宜、制备简单易扩展、光热效率高、能重复使用等优点的生物质碳材料成为最有希望的光热转换器件之一。本文受到自然界植物的蒸腾作用的启发,使用生物质碳材料作为光热转化器件。首先,用常规的管式炉惰性气氛碳化法制备不同碳化温度的藕生物碳,发现藕生物碳的光热水蒸发速率随着碳化温度的增加而增加,但即使在900°C的高温下,藕生物碳的光-水蒸气转换效率在1 sun(1000 W?m-2)的光照强度下也只达到了61.3%,水蒸发速率为1.2 kg?m-2?h-1,并没有远高于其他生物质碳材料。为了提高其光热性能,通过增加其高度来制备3D藕生物碳,由于藕固有的宏观孔隙大大地增加了其侧面表面积,因此其暗蒸发表面积增加不仅提高了总的水蒸发速率,且由于暗蒸发带走了一部分热量使得其整体表面温度下降从而降低了热损失,因此高度为7 cm藕生物碳光热转换器件的光-水蒸气效率较于二维的光热转换器件提高了11%。然而,藕生物碳的制备过程中需要冷冻干燥预处理以去除其内部水分,因此想要获得实际的应用仍较为困难。其后,考虑到玉米芯的价格更为低廉,且其亲水性很强,因此以农业废弃物玉米芯作为原材料,在同样的碳化方式下制备了不同碳化温度的玉米芯生物碳,发现在1 sun的太阳光照强度下,800°C碳化的玉米芯表现出93%的光-水蒸气转换效率,远超过大部分已探索的生物质碳材料,且玉米芯在碳化过程中并不需要冷冻干燥预处理,因此更加有望被大规模制备且应用。考虑到所使用的常规的管式炉惰性气氛碳化方法虽可以用以制备不同生物质来源的碳材料,却有着能耗高、污染大及副产物多等问题,在最后,本文又以农作物棉作为原材料,用平板加热接触碳化的方法制备了棉基生物碳,借助材料的各表征手段对比分析了不同碳化方法对于光热器件效率的影响,发现两种碳化方法制备的棉基生物碳光热转化器件的效率的差距很有限。然而相较于常规的管式炉惰性气氛碳化方法,平板加热接触碳化法不仅制备时间更短,需要的电力消耗更少,而且设备无需清洗。目前基于生物质碳材料的光热水蒸发系统结构大多是传统的漂浮式结构,产生的热损失较大,因而限制了其实际的应用。为了进一步提高系统的水蒸气产生速率,使得生物质碳材料作为光热器件的太阳能光热水蒸发系统应用范围更广,本文先在制备玉米芯生物碳STCD（光热转换器件）的基础上使用棉芯作为一维水通道低成本地改进了DSSG（太阳能光热驱动水蒸发系统）的热管理,使得DSSG整体的能量利用效率更高,其中,棉芯（直径为8 mm）构成的一维水通道可将蒸发速率提高到传统漂浮式的1.57倍。然后,在棉基生物碳作为STCD的研究的基础上,以圆柱状棉为系统的支撑材料及水运输通道,通过提高棉柱的高度来增加暗蒸发表面积以提高系统能量利用效率,高度为6 cm的棉柱水通道器件的DSSG系统由于引入冷蒸发表面将水蒸发效率提高到2 kg?m-2?h-1,使得生物质碳材料在实际应用中获得更多的可能性。此外,本文在现有的“喷雾蒸发”技术的基础上,引入了本文所制备的生物质碳材料代替原有的热空气分离室,设计出更加小型、简便且高效的DSSG系统,以棉基生物碳作为光热转换器件,该系统在1 sun的光照强度下达到了2.05 kg?m-2?h-1的水蒸发速率。