目前地球上面临着严重的淡水资源短缺问题,将海水转化为可供人类使用的淡水具有重要意义。太阳能驱动的界面蒸发是一种新兴的光热水净化技术,该技术可借助多孔光热材料将光吸收和热转换集中在气液界面处,通过仅加热表面水的方式减少热损失,大幅度提高太阳能的利用率。然而,现今多数多孔光热材料在蒸发过程中,水供应速率过快,过量的水会充满内部孔道,减少蒸发面积并造成能量的损失,降低界面蒸发速率。此外,高昂的成本、繁琐的制备过程也限制了界面蒸发技术的发展和应用。为此,本研究以商用多孔海绵为基材,采用基于单宁酸的光热涂层对其进行修饰改性,通过调整光热涂层表面性质及改变制备方法,分别解决目前多孔光热材料内部供水速率过快和制备过程繁琐耗时等问题。本文主要创新点和工作如下:第一个工作是提出借助光热材料限域毛细作用显著增强太阳能驱动的界面蒸发速率。目前多孔光热材料在蒸发过程中存在水供应过量的问题,蒸发面积仅限于材料外表面,极大地限制了蒸发速率。在多孔光热材料内外表面形成超薄水层,形成丰富的水/空气界面是大幅提高太阳能驱动的水蒸发率的有效途径,但仍是一个巨大的挑战。为此,本研究利用限域毛细作用在多孔光热海绵内外表面形成超薄水,增大蒸发面积,显著提高水蒸发速率。限域毛细作用是通过海绵骨架上的光热亲水薄涂层实现的。薄涂层由基于单宁酸的大量黑色亲水性纳米粒子聚集而成,聚集的亲水纳米粒子会在海绵骨架表面产生大量纳米孔道,纳米孔道产生强毛细作用力用于水的输送。通过协同控制光热材料底部供水速率,可以实现水仅填充于海绵骨架表面的光热小球堆积的孔隙内,而非多孔海绵本身大孔中,实现水在海绵骨架表面限域运输,从而在多孔海绵的内、外表面形成约为2-5微米的超薄水层,且超薄水层无需精确控制底部供水速率即可实现。超薄水层不仅增加蒸发表面,产生更多水蒸汽逸出通道,还可以避免热量用于加热多余水,因而,大幅度提高水蒸发速率。引入限域毛细作用并优化后的多孔光热海绵在一个太阳光照强度下的水蒸发速率大幅提高至3.2 kg m-2 h-1,约为未引入限域毛细作用的海绵(1.45 kg m-2 h-1)的2.2倍。上述限域毛细作用可通过调控水运输过程,大幅提高光热海绵的蒸发速率。此外,制备优异的光热材料也是提高蒸发效率的有效途径之一。与其他常用光热材料性比,多孔水凝胶光热材料被证明具有高水蒸发速率,但是其内部连通多孔结构需要高耗时、高能耗的冷冻干燥过程或牺牲模板法来制备,不利于多孔光热水凝胶的发展和应用。为此,第二个工作受海洋中多孔海绵生物的启发,开发了一种高效制备“多孔光热水凝胶海绵”的新策略,其制备过程无需冷冻干燥,通过在聚氨酯海绵骨架表面原位生长薄层光热水凝胶的方法制备。海绵骨架不但可以赋予蒸发器理想的机械稳定性,还可以提供连通孔道用于水运输;海绵骨架表面包覆的基于单宁酸的黑色水凝胶可实现高效光热转换,且其厚度可控,可保留海绵的多孔隙进行水运输。所制备的水凝胶蒸发器在一个太阳下的水分蒸发率可达2.8 kg m-2 h-1,且具有高成本效益、长期循环稳定,可大规模制备等优点。