壹.

成果簡介

近日，成都理工大學(xué)李小可&王紅兵課題組在環(huán)境領(lǐng)域頂級期刊Water Research(IF= 11.4，JCR一區(qū)，中科院一區(qū)TOP) 發(fā)表了題為“Synergistic Water Activation on High-Entropy Alloy Oxides Enables Ultralow-Enthalpy Solar Desalination”的研究論文 。

針對太陽能界面蒸發(fā)（SIE）中水汽化焓過高的核心限制，研究團隊提出了一種利用高熵合金氧化物（HEAO）獨特性質(zhì)的轉(zhuǎn)換策略 。該工作通過高效的閃蒸焦耳熱技術(shù)，在碳布（CC）基底上實現(xiàn)了單相 (FeCoNiCuCr)?O? HEAO 納米顆粒的均勻合成 。 研究的核心創(chuàng)新在于發(fā)現(xiàn) HEAO 功能層構(gòu)建了一個獨特的“親水-電子”雙重性質(zhì)表面 。通過多價金屬位點和氧空位的協(xié)同效應(yīng)，該表面能主動重構(gòu)界面水分子的氫鍵網(wǎng)絡(luò) 。這種“捕獲-活化”機制使其蒸發(fā)焓顯著降低至 1290.9 J·g?1，相比純水降低了近 50% 。得益于較低的蒸發(fā)焓，該復(fù)合蒸發(fā)器（CCH）在一個太陽光強下實現(xiàn)了 2.627 kg·m?2·h?1 的蒸發(fā)速率 。 此外，結(jié)合 XPS 分析與密度泛函理論（DFT）計算，研究團隊從原子和電子層面揭示了 HEAO 表面如何通過幾何效應(yīng)和電子轉(zhuǎn)移削弱水分子 O-H 鍵的機制 。在實際應(yīng)用測試中，CCH 展現(xiàn)出卓越的耐鹽性，不僅能處理高鹽度鹵水，還能在 pH=3-11 的寬范圍內(nèi)保持穩(wěn)定，產(chǎn)水水質(zhì)符合 WHO 飲用水標(biāo)準(zhǔn) 。該工作不僅為高效太陽能海水淡化提供了先進的材料解決方案，也為設(shè)計全新的界面蒸發(fā)器提供了新的理論視角 。

貳.

研究背景

全球水危機與綠色解決方案隨著全球淡水危機的日益嚴(yán)峻，太陽能界面蒸發(fā)（SIE）技術(shù)憑借其綠色、可持續(xù)的特性，被視為海水淡化領(lǐng)域極具前景的解決方案。盡管現(xiàn)有的光熱材料在光吸收和熱產(chǎn)生方面取得了顯著效果，但SIE系統(tǒng)的整體蒸發(fā)效率仍受到一個根本性約束——水的高汽化焓 。這意味著，要讓液態(tài)水轉(zhuǎn)變?yōu)樗魵?，需要克服巨大的能量勢壘?目前廣泛使用的二維（2D）蒸發(fā)器（如碳布、薄膜等）因其制備簡單、可擴展性強而備受關(guān)注。然而，這些材料通常由化學(xué)惰性物質(zhì)組成，缺乏能夠與水分子深度相互作用的功能基團。它們本質(zhì)上扮演的是“被動”光熱轉(zhuǎn)換層的角色——只能“加熱”，卻無法從分子層面“活化”水分子以降低其蒸發(fā)能壘。為了突破這一熱力學(xué)限制，賦予簡單的2D平臺以“主動催化”水蒸發(fā)的功能成為關(guān)鍵。高熵合金氧化物（HEAO）因其廣譜吸收、可調(diào)電子結(jié)構(gòu)和多元素協(xié)同特性進入了研究人員的視野。本研究正是基于此，提出了一種轉(zhuǎn)換策略。利用 HEAO 表面的多價金屬位點和氧空位，構(gòu)建“親水-電子”雙重性質(zhì)表面，主動重構(gòu)界面水分子的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，從而大幅降低蒸發(fā)焓，實現(xiàn)高效的太陽能海水淡化。

叁.

研究數(shù)據(jù)

圖1（a） CCH的制備;（b）CCH蒸發(fā)示意圖

圖2（a） CC、CCH的XRD光譜;（b-c）CCH的SEM圖像;（d） CCH的透射TEM圖像;（e-f）CCH的能量色散光譜儀（EDS）分析

圖3 XPS對CCH的成分分析：（a-f）Co 2p、Fe 2p、O 1s、Cu 2p、Ni 2p和Cr 2p光譜

圖4（a） CCH的接觸角測量;（b）CC和CCH的紫外對近紅外吸收光譜;（c）通過紅外熱成像捕捉的CCH表面溫度;（d）CCH表層和散裝水的溫度;（e）蒸發(fā)速率和效率;（f） 蒸發(fā)焓

圖5（a）HEAO和HEAO-ov的理論模型圖（俯視圖）;（b）Fe3O4-ov、HEAO 和 HEAO-ov的吸附能;（c） 不同模型的晶體軌道的COHP分析;（d-f）DFT計算確定的氫鍵長度和電荷密度Fe3O4-ov、HEAO和HEAO-ov

圖6（a）不同濃度鹽溶液中的質(zhì)量損失;（b） 蒸發(fā)速率 （c） CCH的循環(huán)實驗;（d） 海水淡化前后總TDS值。（e）淡化前后離子濃度變化;（f） CCH與其他太陽能蒸發(fā)器的比較;（g） 戶外蒸發(fā)裝置示意圖（厘米）;（h） 不同時間段內(nèi)的體積淡水產(chǎn)量;（i）測量電極間電阻以評估水質(zhì)純度

肆.

作者簡介

第一作者：

李金池，成都理工大學(xué)材料與化學(xué)化工學(xué)院2023級碩士研究生，累計發(fā)表SCI論文3篇。郵箱：lijinchi2002@163.com

徐愛浩，廣西大學(xué)工學(xué)博士，現(xiàn)任廣西醫(yī)學(xué)科學(xué)院&廣西壯族自治區(qū)人民醫(yī)院研究人員。主要研究領(lǐng)域為小分子（CO?和O?等）催化轉(zhuǎn)化、納米酶催化治療與生物醫(yī)用材料研發(fā)，以第一作者（含共同）身份在Applied Catalysis B: Environment and Energy等期刊發(fā)表多篇SCI論文

通訊作者：

李小可，成都理工大學(xué)副教授，碩士生導(dǎo)師，西安交通大學(xué)博士后，主要從事太陽能光熱轉(zhuǎn)換與太陽能熱利用技術(shù)相關(guān)領(lǐng)域的研究，截止目前共發(fā)表SCI論文及中文核心期刊論文70余篇，總他引次數(shù)超過2000次，H指數(shù)為15，并有多篇論文入選ESI熱點論文和高被引論文，連續(xù)四年入選全球前2%頂尖科學(xué)家(2022，2023，2024，2025)。郵箱：xiaokeli319@126.com

王紅兵，成都理工大學(xué)研究員，碩士生導(dǎo)師。2024年于中國工程物理研究院材料研究所獲工學(xué)博士學(xué)位，同年入選成都理工大學(xué)“珠峰引才計劃”C1類學(xué)科專業(yè)后備人才。主要從事能源小分子催化轉(zhuǎn)化、表界面化學(xué)及多相催化領(lǐng)域的研究工作，聚焦于能源小分子的高效催化轉(zhuǎn)化機制及表界面動態(tài)過程。在Journal of Catalysis，Applied Surface Science，ACS Applied Materials & Interfaces，Energy & Fuels，Chemical Engineering Journal，Journal of Materiomics等期刊發(fā)表SCI論文13余篇。

黃奔，博士生導(dǎo)師，首屆廣西高校引進海外高層次人才“百人計劃”，廣西高層次人才E級。干細(xì)胞與細(xì)胞治療創(chuàng)新團隊負(fù)責(zé)人，主持9項省和國家級的課題，包括國家自然基金四項，廣西科技基地和人才專項一項，廣西“百人計劃”項目一項，廣西留學(xué)回國重點項目一項，廣西重點研發(fā)計劃一項，廣西自然基金重點項目一項。近年來發(fā)表SCI收錄學(xué)術(shù)論文20余篇，包括Biomaterials, Stem Cells and Development, Biology of Reproduction等。申報發(fā)明專利14項，其中國際PCT專利兩項，已獲授權(quán)4項。參與編寫專著一部。獲得廣西自然科學(xué)一等獎一項。

伍.

https://doi.org/10.1016/j.watres.2025.125268