郑寿添/李中团队在铌多酸光热平台太阳能海水淡化研究取得新进展

近日，郑寿添教授/李中副研究员团队在多酸功能材料与太阳能驱动界面水蒸发领域取得新进展。相关成果以 “A Polyoxoniobate-Based Molecular Heterojunction Orchestrates Heat and Vapor Transport for Efficient Solar Evaporation” 为题发表在国际知名期刊 Advanced Functional Materials。

随着全球淡水资源短缺问题日益突出，发展低能耗、可持续的海水淡化技术成为重要研究方向。太阳能驱动界面光热蒸发技术凭借清洁能源利用、环境友好等优势，被认为是未来分布式淡水获取的重要途径。然而，传统光热蒸发材料主要关注太阳能吸收和热转换效率提升，而实际蒸发过程不仅受到热输入影响，还受到界面水结构、分子迁移以及蒸汽传输过程的共同限制。因此，如何在分子尺度上实现光热转换与水分子传输的协同调控，是提升太阳能蒸发效率的关键科学问题。

针对上述挑战，团队提出了一种基于多铌氧酸盐（Polyoxoniobate，PONb）的分子异质结设计策略，构筑了具有原子精确结构的 PONb-CuL 分子异质结材料。该材料通过将亲水性的多铌氧酸簇与具有光热转换能力的有机铜配合单元进行共价连接，在同一分子框架内实现了太阳光吸收、水分子调控以及蒸汽传输功能的集成。基于该材料构建的二维太阳能蒸发器实现了 2.87 kg·m^-2·h^-1 的蒸发速率，进一步构筑三维蒸发器后，蒸发速率提升至 5.34 kg·m^-2·h^-1，自然光条件下日淡水产量达到 29.25 L·m^-2，并表现出良好的长期稳定性和抗盐沉积能力。第一性原理分子动力学（AIMD）模拟表明，多铌氧酸簇能够稳定界面水团簇并削弱传统水分子氢键网络，而有机铜区域则降低水分子迁移和释放过程中的能垒，从而促进水分子的快速扩散与蒸发。该研究通过分子异质结工程实现了光热转换与水分子传输的协同调控，为高性能太阳能海水淡化材料的设计提供了新思路，对发展绿色可持续淡水获取技术具有重要意义。

福州大学化学学院博士生张佩琦，博士后马祥为论文共同第一作者，福州大学化学学院李中副研究员、郑寿添教授为论文共同通讯作者，福州大学为唯一通讯单位。相关研究得到国家自然科学基金面上项目和福建省自然科学基金的资助。