全球淡水资源紧缺背景下，太阳能界面光热蒸发海水淡化是极具潜力的低碳取水路线，但长期受纳米材料团聚、长期光照老化两大核心难题制约。

近日，中国科学院过程工程研究所杨乃亮研究员团队联合深圳大学王丹教授团队提出全新三维集成策略，借助高分子 " 锁扣 " 机制解决材料规模化与稳定性痛点，并搭建户外耦合系统完整验证 " 海水淡化—农业灌溉 " 应用链条。相关研究论文于 2026 年 6 月 21 日刊发国际期刊《先进材料》（Advanced Materials）。

太阳能驱动界面蒸发依靠光热材料吸收太阳能加热界面水体实现淡水分离，纳米粉体材料凭借大比表面积、可调能带结构拥有优异光热转换性能。

但将纳米粉体制备成可用宏观器件时存在两大行业瓶颈：其一，纳米颗粒极易团聚，直接削弱蒸发性能，成型后三维结构力学强度差、规模化制备成本高昂；其二，光照条件下纳米材料易产生活性自由基，持续侵蚀有机支撑基底，材料短期失效，难以长期在海水环境稳定运行。

在此之前，该团队已于 2022 年开发中空多壳层结构（HoMS）二维蒸发膜，实现 4.02 kg · m ⁻ ²· h ⁻ ¹ 蒸发速率。本次研究实现性能与工程化同步突破。团队采用次序模板法，在中科院过程工程所廊坊工程试验基地依托 20 L 水热釜、多温区隧道炉完成工艺放大，实现非晶五氧化二钽 / 碳复合中空多壳层纳米球壳（Ta ₂ O ₅ /C HoMS）百克级稳定制备。

研究核心创新为高分子穿插束缚纳米颗粒锁扣机制。团队基于汉森溶度参数理论筛选匹配溶剂环境，让 PET 聚酯高分子链如同缝衣细线，精准穿透多层空心纳米球壳内部微孔，从微观尺度将无数纳米单元相互锁定，构筑出相互连通、结构牢固的三维 " 纳米森林 " 网络。

该结构一方面杜绝纳米颗粒团聚脱落，搭建连续高效输水通道；另一方面，Ta ₂ O ₅ /C HoMS 材料本身在光照下不产生活性自由基，从根源消除有机基底光降解风险。

性能测试数据显示，新型三维架构全太阳光谱吸收率可达 90.2%；依靠纳米限域效应重构水分子氢键网络，同等产水量所需蒸发能耗降低 45.7%；实验室条件下光热界面蒸发速率达到 38.14 kg · m ⁻ ²· h ⁻ ¹，相比此前二维薄膜提升 8.5 倍。连续 30 天海水加速老化测试中，材料无纳米颗粒脱落，微观结构与光热性能保持稳定。

为验证实际落地潜力，团队研发蒸发 - 冷凝分离模块化光伏 - 光热耦合系统，通过计算流体动力学模拟优化阵列排布，建成面积 0.75 平方米户外试验装置。在自然光照条件下，这套装置单日产出淡水 20.16 升，水质符合世界卫生组织（WHO）饮用水标准，可满足约 10 人日常饮水需求。

研究团队进一步开展实景农业应用测试，装置产出淡化淡水持续供给 5 平方米农田完成一整年灌溉，菠菜、玉米、小白菜等多种作物顺利走完完整生长周期，首次完整验证该技术兼顾民生饮水与小型农田灌溉的可行性。

基于全生命周期成本测算结果，该套小型系统稳定运行 2 年后，单位产水成本将低于市面瓶装饮用水；随着规模化量产、长期持续使用，经济竞争力将进一步提升。

目前，研发团队正针对系统冷凝效率、设备整体成本持续优化，推动这套兼具高光热效率、长期稳定性与工程放大潜力的太阳能海水淡化技术，向沿海缺水区域、海岛、无电网偏远地区落地应用。

（综合科技日报等媒体报道，编辑：秋石）