太阳能蒸汽发生器作为一种环境友好的清洁能源技术能有效缓解全球水资源短缺的难题,其中太阳能驱动界面水蒸发能将太阳能局域于空气-水界面处加热,以减少热量损失和提高热能利用率,从而被作为水净化的一种有效途径。通过对光热材料、光热体系的热管理以及水传输供应这三大影响因素进行调控,能有效调节光热体系的水蒸发速率和效率。近年来,各种光热材料如金属基、碳基、半导体基和聚合物材料已被广泛应用于光热界面的构筑,但也因其制备方法复杂,造价高或孔隙率低等问题而存在一定的应用局限性。同时,对于光热系统中水传输通道的设计需平衡其中水的传输和热量损失以发挥界面蒸发的独特优势。此外,在实际应用中,除了考虑所用材料的固有光热性能外,还应考虑热稳定性、机械稳定性、蒸发稳定性以及成本等问题,如对蒸发稳定性来说,高盐度海水中盐离子可能会造成盐析而堵孔,溶解在水体中的有机物和其它生物物种可能对光热界面造成生物污染等。因此,如何同时实现光热吸收器的高稳定性、可重复使用性、高光热水蒸发效率以及抗污染性能,是太阳能光热界面水蒸发技术应用于海水淡化中亟待解决的问题。本课题中,以相对廉价的碳基和半导体基光热材料为构筑单元,制得高效多功能光热界面。具体工作如下:（1）通过简单的真空抽滤制得了一种稳定的多孔双层光热膜（碳纳米管@聚乙烯亚胺/混合纤维素酯）,其顶部的碳纳米管（carbon nanotube,CNT）作为太阳能转化层（厚度约为1.6μm）与底部混合纤维素酯（mixed cellulose esters,MCE）亲水多孔隔热层通过非共价作用紧密结合。在该碳基光热材料太阳能界面水蒸发系统中,MCE能够介导局域加热,CNT能够实现太阳能光热转换,在聚乙烯亚胺（polyethylene imine,PEI）介导的吸湿性和非共价键结合的协同作用下,CNT@PEI/MCE膜在Wenzel润湿的情况下可以停留在水-空气界面。另外,通过对CNT@PEI/MCE膜进行光学和热学的测试也表明其有效界面加热模式,其在模拟太阳光辐照下可以达到较高的界面水分蒸发效率（72%）和快速的水蒸发速率(5.07 kgm-2h-1),且其水蒸发速率是纯水蒸发速率的4.23倍。同时,对光热复合膜进行拉伸试验测试,其断裂强度约为50 MPa,显示出良好的机械稳定性。将光热复合膜进行弯折和卷曲操作后其蒸汽生成速率基本保持不变,从而显示其良好的柔性。最后,以大肠杆菌为目标菌种,研究光热复合膜的抗生物污染性能。结果显示CNT@PEI/MCE膜具有良好的抗菌性能以及耐用性。这种先进的光热复合膜及其简单的低成本制备,为清洁水的生产提供了一种实用的可持续能源技术。（2）为了提高持续界面水净化过程中太阳能的有效利用率,通过简单的真空抽滤操作,利用接枝了吸湿性PEI的多孔二硫化钼（MoS2）纳米花在亲水性的MCE滤膜基底上成膜,制得了一种稳定的多孔的双层自漂浮光热膜材料（MoS2@PEI/MCE）,其光热层的厚度约为1.2μm,并将其用于太阳能驱动界面水蒸发。在此过程中,PEI与MoS2可通过非共价键作用（氢键/静电相互作用）结合得到相应一种纳米水凝胶（MoS2@PEI）,光热膜中PEI接枝的MoS2纳米花可作为一种3D-多孔的纳米凝胶网络处于光热膜顶层,其通过内部的多级反射以增强对光的吸收,通过分散的热点能有效加热水分子,通过改变MoS2和PEI的含量以及光热层厚度可以调控光热膜的水蒸发性能。另外,通过研究纳米凝胶内部的含水量、水分子的状态以及水分子的蒸发情况,表明纳米凝胶能通过局域具有低蒸发焓（1462J/g）的小水簇有效加快水蒸发。与此同时,具有低热导率的MCE作为一种柔性基底处于光热膜的底层,不仅保证了光热膜良好的机械稳定性而且能持续的毛细补水并减少热量的损失。此外,以大肠杆菌为目标菌种,研究光热膜的抗生物污染性能,表明该光热膜因MoS2和大量阳离子的PEI的协同作用,可实现良好的抗菌。结果显示,MoS2@PEI/MCE光热膜具有增强的界面水蒸发性能(在3.7 kWm-2光照强度下照射30 min后其水蒸发容量为2.7kgm-2,计算得出其水蒸发效率值高达92%,此外,在接近自然太阳光的强度值1 kWm-2时水蒸发效率值也能达到83%左右)和明显的抗菌性能、优良的可操作性及耐用性,使其成为一种极具吸引力的净水系统。（3）利用一步化学还原法将MoS2纳米花嵌入石墨烯中,制得一种多孔的光热复合水凝胶,即二硫化钼夹层石墨烯水凝胶（molybdenum disulfide intercalated graphene hydrogel,MGH）,其与人工蒸腾装置相结合用于构筑太阳能驱动的界面水蒸发体系。通过扫描电子显微镜、透射电镜、X射线粉末衍射仪、紫外可见-近红外分光光度计及红外热像仪测试材料的形貌和理化性能,并将复合凝胶置于模拟太阳光下进行水蒸发及脱盐试验。结果表明,MoS2能稳定分散在石墨烯纳米片中,且二者的结合有助于增强材料的光热性能。结合人工蒸腾装置的特殊的热定位和快速补水的优势,该光热系统能实现快速的水蒸发,在3.6 kWm-2光照下其水蒸发的速率(15.6 kgm-2h-1)约为自然蒸发的33倍,并且复合水凝胶具有良好的稳定性和高效的脱盐效果,具有清洁水生产的应用前景。（4）为了协同地提高太阳能吸收/转换,调节水的传输和水分子的活化,提高光热材料抗污染（盐析污染和生物污染）的能力,以及进一步提高太阳能界面水蒸发性能。我们制备了一种智能三维多孔的光热复合水凝胶（molybdenum disulfide@graphene hydrogel,MoS2@GH）。首先,根据改进的Hummers法和一步水热法分别制得氧化石墨烯和二硫化钼纳米花。随后,利用简单的化学还原,以L-抗坏血酸为还原剂在石墨烯之间插层具有抗菌多孔的MoS2纳米粒子,自组装形成复合水凝胶。其具有大的比表面积约为77 m2/g,且通过改变二硫化钼和石墨烯的质量比可调控凝胶内部的水含量。其与一个可控的由盐浓度差和液面高度差驱动的毛细水转移/蒸腾的自供水系统（salt concentration difference and liquid level height difference drive capillary water transfer/transpiration system,CHTS）相结合可作为太阳能蒸汽发生器。在该蒸发器中,多孔的水凝胶不仅有助于光捕获增强太阳能吸收（吸光率可达约99%）,而且能产生更多分散的热点来获取和激活水分子。通过对其中水分子的状态和蒸发焓的研究,表明复合水凝胶中含有大量的中间态水,因而具有更低的蒸发焓,即消耗较低的能量便能使其蒸发。同时,水凝胶没有直接浸入体相水中,其与水体分离能有效减少传导热量的损失,通过CHTS系统调控合适的补水以匹配水凝胶中水的快速蒸发。结果显示,该系统能在0.9 kWm-2光照下达到3.2 kg m-2h-1的高效水蒸发速率。此外,在高浓度的盐水和相对高的光照强度下,CHTS介导的水蒸发系统能有效缓解盐析。最后,以大肠杆菌为目标菌种,研究复合水凝胶的抗生物污染性能,表明该复合水凝胶因MoS2和石墨烯的协同作用显示出良好的抗菌特性。这种纯无机水凝胶具有良好的热稳定性和化学稳定性,同时可以延缓盐析污染和防止细菌生物污染。有望实现高效的海水淡化,为可持续的生产清洁水提供了一种潜在的技术方案。