随着人类社会的发展和生活水平的不断提高，淡水资源尤其是饮用水形势日益严峻，海水淡化作为获取淡水的有效方法之一，受到了人们的广泛关注。然而传统的海水淡化装置由于消耗大量热能或电能，碳排放量大、装置体积庞大，且淡化效率、效果均有待提高。利用太阳能光蒸馏的海水淡化及水处理
技术虽然低碳环保，多年来却一直受限于较低的光热转换效率（~30-45%）而无法大规模应用。
针对这一现状，南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授带领研究团队创造性地将金属纳米颗粒自组装方法与多孔模板有机结合，制备出世界上最宽频、高效的等离激元光吸收黑体材料，实现在200纳米到10微米波段高达99%的吸收效率，是目前最“黑”的金属吸收体（因此被业界称为“纳米黑金”材料，图1）。金颗粒之间通过等离激元杂化效应将吸收带宽从紫外扩展到中红外波段，多孔结构及颗粒间的多重散射可极大提高整体的吸收效率，无论从吸收带宽还是吸收效率都超过目前已报道的金属基元的光吸收体材料。
研究团队进一步采用金属铝为唯一原料，在多孔氧化铝模板上沉积铝金属颗粒自组装结构，实现了铝基低成本等离激元吸收体材料的制备，并利用这种吸收体材料在国际上首次实现了基于等离激元增强效应的太阳能海水淡化，由于独特的界面光蒸馏设计，能量转化效率高于90%，水中盐度平均有4个数量级的降低，优于传统的膜法和热法海水淡化。
实验使用铝颗粒等离激元黑体进行太阳能海水淡化时，高效的光-热转化效率在水表面产生极高的局部温度，有利于快速有效的淡水蒸汽产生，多孔结构又提供了有效的蒸汽逃离通道，经过快速冷凝得到了高质量的淡化海水。产水水质高于世界卫生组织（WHO）饮用水标准（第二代纳米黑金，图2）。
在此基础之上，该研究团队将基于氧化石墨烯的微纳结构应用于太阳能海水淡化，并通过光学、热学联合调控和巧妙的供水结构设计，突破传统太阳能光热型海水淡化高聚光、绝热的苛刻要求，实现了无聚光、无绝热条件下高达83%的光热转换效率，为同等条件下报道的最高值（第三代纳米黑金，图3）。该工作率先提供了一种便携、高效率、低成本的太阳能海水淡化解决方案（图4）。
这一系列成果在Science Advances、Nature Photonics、PNAS、Advanced Materials等国际期刊发表以后，立即引起了Live Science、中国科学报、自然基金委网站、人民网、新浪网等国内外知名杂志和媒体的广泛报道。美国Science期刊认为这一“新型低成本海水淡化技术有着光明的未来”，海水淡化领域的国际权威、美国艺术与科学院院士Benny Freeman教授在文中高度评价这种“小型化的洁净水方案会是游戏改变者”；美国麻省理工学院Nicholas Fang教授高度评价这一工作为光热转换“提供了一个新颖而有意义的解决方案”；国家自然科学基金委员会在官方网站上作专题报道，认为该成果在“国际上首次利用等离激元增强效应实现了高效太阳能海水淡化”，并高度评价了研发团队的工作“将对高效率太阳能海水淡化技术的大规模实用化产生重要的意义”。对其工作意义和影响给予充分肯定。
由此可见，纳米黑金-高效界面光蒸馏技术具有非常重要的研究价值和广阔的应用前景，为缓解全球性的水资源短缺提供新思路，还将推动海水淡化、污水处理等相关领域的发展。目前中外诸多企业和公益组织纷纷与朱嘉教授团队洽谈合作，积极推动将这一技术大规模投入到实际生产中。
作者：胡晓珍
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