可饮用的淡水作为人类赖以生存的自然资源正在面临严重短缺问题。海水（苦咸水）淡化正在成为获取淡水的重要途径。目前已在运行的海水淡化方式如热法和膜法处理过程中存在着消耗化石能源并且产生大量温室气体的问题。相比于传统化石能源，太阳能作为一种可持续绿色能源，可以为海水淡化提供新型的能量支撑。太阳能蒸发海水淡化作为直接利用太阳能得到蒸馏净水的技术，正在逐渐得到广泛关注。目前，以界面加热为基础的太阳能蒸发海水淡化技术存在着太阳能吸收率不佳、产生蒸汽通量较低、盐结晶无法处理等问题。针对这些问题，本研究设计和制备出了一系列高效且经济的光热界面蒸发体，保证蒸发体的太阳光的光谱吸收和良好的能量转换，实现了太阳能蒸发海水淡化整体效率的提升。目前所取得的研究成果如下：
　　首先，由于疏水膜表面截留空气使水难以附着，可以降低水的表面张力从而利于蒸发界面蒸发，设计了一种廉价石墨薄层与纤维纸结合的疏水膜进行太阳能海水淡化处理。通过对石墨含量的优化得到了具有高的光谱吸收率（77%）的光热膜，该膜由于其疏水层性质可以自漂浮在水面进行界面加热，并且蒸发速率是直接光照水的1.5倍。在加入保温层进行热管理之后，系统热损失降低，界面蒸发速率提升，能量转换效率达到70%。在对其进行折叠优化处理后，光在两壁之间重复吸收使得反射损失减弱，能量转换效率得到进一步提升，蒸发速率为1.16kg m-2h-1。鉴于该膜制备方法简单，可在无需太阳能以外的能源辅助的条件下高效运行，极其适用于应急条件下的海水淡化及紧急供水。但值得注意的是，在连续多天的蒸发实验过程中，由于蒸发速率超过盐的回运速率，在疏水膜的表面会产生盐结晶污染并随着时间的增长而逐渐积累。盐结晶污染会增加光反射并阻碍膜的水输运通道，导致蒸发速率逐渐降低。
　　由于疏水膜在界面蒸发海水淡化过程中面临着较为严重的盐结晶问题且蒸发通量较低，因此，制备了超亲水光热纤维膜来探究浸润性及结构对于蒸发及盐结晶过程的影响。首先制备了超亲水纤维膜PCF，该膜以超亲水纤维膜为基体，以高分子聚合物聚吡咯（PPy）为光热转换涂层。在对聚合时间进行优化后，PCF的光谱吸收率可达96%。在太阳能界面蒸发过程中，其蒸发通量为1.52kg m-2h-1，对应能量转换效率为90%，较疏水膜有大幅提升。并且，由于超亲水性提供了连续的水通道，高的孔隙度提供了丰富的自由水，在停止光照后，PCF可以在短时间内将膜表面形成的结晶溶解并运回原海水中。在良好的自清洁能力辅助下，PCF可以在25天内运行稳定（平均速率1.42±0.03kg m-2h-1），展现了良好的长期稳定运行能力。与此同时，制备了超亲水光热纤维膜PDA/PEI/PPy@PI，该膜以静电纺丝PI膜为疏水内核，以PPy为光吸收涂层，以具有超亲水性和耐腐蚀性PDA/PEI的涂层作为外壳。在优化聚合时间内，PDA/PEI/PPy@PI膜具备了低的表面粗糙度和广谱的太阳能吸收率（93%），在太阳能蒸发过程中，其蒸发通量为1.43kg m-2h-1，对应能量转换效率为87%，较疏水膜有大幅提升。由于光滑的界面对于盐结晶的附着力低，结晶位置会随着水的运输方向变化而变化。在单边水输运情况下，盐结晶会在水输运方向最远端形成结晶，该盐结晶不覆盖膜表面并且易于清理。该膜在连续7天的脱盐过程（10wt%盐水）中稳定运行（平均速率1.21kg m-2h-1），同时，盐结晶的平均收集率可达60.2%，展现了良好的盐资源化回收能力。
　　超亲水光热膜蒸发体对于界面蒸发通量有一定程度的提升，但即使二维蒸发的太阳能量转换效率达到100%，蒸发通量也只有1.6kg m-2h-1左右。因此，本研究将亲水界面拓展至三维空间，制备了以玉米秸秆为基体的三维光热蒸发体（PMS），使其在利用太阳光能的同时利用集聚在环境中的热能，从而提升蒸发通量。PMS具备了极好的水纵向提升能力和广谱的太阳能吸收率（97.5%）。在太阳能蒸发过程中，伸出水面到三维空间的单根PMS三维蒸发体的蒸发速率与蒸发高度成正比，在最优高度下的蒸发量为其在平面状态下的蒸发量的6.4倍。通过调整蒸发体之间蒸发场的相互作用，在组成阵列后，最大蒸发速率可达3.0kg m-2h-1，远高于早期报道的阵列蒸发体。在海水淡化应用中，PMS可以使盐离子运输达到平衡而不产生盐结晶问题。在连续海水淡化运行5天后，三维蒸发体能够保持稳定的通量（8.72kg m-2h-1），具有良好的持续性和耐久性。
　　本课题的研究工作通过构筑不同浸润性的界面蒸发体和维度的提升，实现了太阳能蒸馏净水通量提升。同时解决了盐水分离过程中盐污染及盐资源化回收的技术难题。在接下来的研究过程中可进一步优化蒸发体的物理性质，实现高通量的太阳能海水淡化，为其实际应用提供可能。