太阳能界面蒸发是近年来新兴发展的一种高效太阳能光热技术,被研究应用于污水处理、海水淡化、蒸汽杀菌、膜蒸馏等众多领域。然而,当前该领域的研究主要集中在提升材料的蒸发效率,太阳能光热蒸发材料的功能普遍单一,多功能光热蒸发材料的制备及其应用仍存在很大探索空间。另一方面,尽管光热蒸发材料的蒸发性能得到了大幅提升,但对于太阳能-淡水转换效率和淡水产量的研究没有得到重视,如何提升太阳能光热蒸发系统的淡水产出仍是一大挑战。本论文聚焦多功能太阳能光热蒸发材料的设计、制备、性能及其应用研究,设计制备了一系列碳基光热复合材料,并进一步构筑了高性能、低成本、便携式多功能光热蒸发系统;采用多级潜热循环结构和3D蒸发结构,大幅提高系统的太阳能-淡水转换效率和淡水产量;探究了多功能光热蒸发材料及系统结构设计对其性能的影响规律,并探索实现了多功能光热蒸发材料与系统在污水净化、海水淡化、露水收集、电能转换等领域中应用。本文研究内容和成果如下:1、制备了多功能磁性光热Mr GO复合颗粒（Fe3O4@r GO）,采用磁场调控Mr GO复合颗粒在体相分散模式和界面自组装模式之间快速切换,实现了吸附、降解和蒸馏的多功能污水净化。探究了两种分散模式下Mr GO复合颗粒的污水处理性能,结果表明:体相分散模式的Mr GO复合颗粒利用其高比表面积的特性增加了和污染物染料分子的接触几率,得到更优的物理吸附和光催化降解性能,并且r GO纳米片及其表面Fe3O4纳米颗粒的电子传输协同作用促进了复合颗粒的光催化过程;界面自组装模式中,通利用外磁场将Mr GO复合颗粒在气液界面组装成薄膜进行高效光热转换,降低向体相溶液传导的热损失,提升蒸发速率和蒸发效率,具备更优的太阳能光热蒸发净水性能。2、设计构筑了太阳能界面蒸发-产盐系统,提出结晶盐的定向局域析出策略,解决了传统海水淡化技术中结晶盐析出导致的结构破坏、蒸发性能降低和盐垢堵塞等问题,实现了高浓度盐水的稳定高效蒸发与盐分的便捷收集。采用激光打印技术制备吸光吸水的碳基亲水复合膜,应用聚苯乙烯泡沫作为绝热材料降低光热界面向体相溶液传导的热损失,并采用亲水性棉作为供水材料,构筑太阳能界面蒸发-产盐系统。建立了蒸发系统光热转换材料内部盐水浓度分布的瞬态模型,结果表明盐水浓度的分布变化受蒸发速度、初始盐水溶液浓度和盐水供给速度影响,发现光热转换材料表面存在正常蒸发区、盐结晶区、干涸区。通过匹配蒸发表面盐水浓度梯度与正常蒸发区尺寸,使得结晶盐在界面蒸发结构边缘定向析出,实现了一个太阳光照下浓盐水（10 wt%）和模拟海水（3.5 wt%）长期稳定蒸发,其蒸发效率维持在～80%以上。制备了便携式太阳能光热界面蒸发-产盐系统,结合高效光热蒸发与结晶盐定向局域析出,实现海水淡化和产盐的双重功能。3、制备了兼具光热蒸发和辐射制冷的薄膜复合材料,综合利用白天的海水淡化和夜晚的露水收集,实现了全天候淡水收集。采用一步喷涂法,基于聚苯乙烯基底制备多功能碳纳米管复合薄膜,具有95%的太阳光谱吸收率和0.9的大气窗口红外发射率。利用聚乙烯醇泡沫作为吸水材料,构建太阳能光热蒸发系统,测得1000 W m-2光照下的蒸发速率为1.64 L m-2h-1,蒸发效率为82.1%。理论计算分析多功能薄膜的辐射制冷功率和露水在其表面的冷凝速率,结果表明低环境温度、低湿度和低对流换热能够提高薄膜的辐射制冷性能,促进露水冷凝。为进一步提高太阳能-淡水转换效率,设计制备了便携式多级淡水产生系统,通过蒸发潜热的循环利用增强能量转换效率,实现了71%的淡水产出效率和1.13 L m-2 h-1的淡水产量,并在夜晚通过辐射制冷得到了0.1 L m-2的露水日产量。4、制备了掺杂PEDOT:PSS的PVA泡沫,实现了同步淡化海水和产生电能的双重功能。多功能复合泡沫的PVA骨架结构稳定,内部具有分级微观结构,骨架间大孔通道和骨架表面微孔提供了快速输水能力和大量储水空间,为蒸发过程供给充足溶液。这种多功能复合泡沫具有3D蒸发结构,其蒸发速率(6.8 kg m-2 h-1)高于传统的平面蒸发系统,大幅提高了光热蒸发系统的淡水产量。此外,多功能复合泡沫内部大孔通道可以快速排出盐离子,避免浓度过高导致结晶盐析出,能够稳定高效地淡化海水。在溶液中,多功能复合泡沫内部通过双电层效应形成了离子通道,在蒸发驱动下,溶液中离子选择性地流过离子通道并产生电能。掺杂PEDOT:PSS分子增强了泡沫骨架的电负性,提升了离子通道的电荷强度,盐水溶液可以进一步提高多功能复合泡沫产生的电压和电流。通过串联多功能复合泡沫制备了双功能太阳能光热蒸发发电装置,在光照下能够驱动电子器件稳定运行,同时获得了18 L m-2day-1的淡水产量。本论文为多功能太阳能光热蒸发材料的设计和制备提供了重要的理论依据和实践指导,为提升太阳能光热蒸发系统的太阳能-淡水转换效率和淡水产率提供了有益探索。本论文对多功能光热蒸发材料在污水净化、海水淡化、露水收集、蒸发发电等应用领域的探索工作,也有望进一步促进多功能太阳能光热蒸发材料的发展。