隨著人類社會的發展和生活水平的不斷提高，淡水資源尤其是飲用水形勢日益嚴峻，海水淡化作為獲取淡水的有效方法之一，受到了人們的廣泛關注。然而傳統的海水淡化裝置由于消耗大量熱能或電能，碳排放量大、裝置體積龐大，且淡化效率、效果均有待提高。利用太陽能光蒸餾的海水淡化及水處理
技術雖然低碳環保，多年來卻一直受限于較低的光熱轉換效率（~30-45%）而無法大規模應用。
針對這一現狀，南京大學現代工程與應用科學學院朱嘉教授帶領研究團隊創造性地將金屬納米顆粒自組裝方法與多孔模板有機結合，制備出世界上最寬頻、高效的等離激元光吸收黑體材料，實現在200納米到10微米波段高達99%的吸收效率，是目前最“黑”的金屬吸收體（因此被業界稱為“納米黑金”材料，圖1）。金顆粒之間通過等離激元雜化效應將吸收帶寬從紫外擴展到中紅外波段，多孔結構及顆粒間的多重散射可極大提高整體的吸收效率，無論從吸收帶寬還是吸收效率都超過目前已報道的金屬基元的光吸收體材料。
研究團隊進一步采用金屬鋁為唯一原料，在多孔氧化鋁模板上沉積鋁金屬顆粒自組裝結構，實現了鋁基低成本等離激元吸收體材料的制備，并利用這種吸收體材料在國際上首次實現了基于等離激元增強效應的太陽能海水淡化，由于獨特的界面光蒸餾設計，能量轉化效率高于90%，水中鹽度平均有4個數量級的降低，優于傳統的膜法和熱法海水淡化。
實驗使用鋁顆粒等離激元黑體進行太陽能海水淡化時，高效的光-熱轉化效率在水表面產生極高的局部溫度，有利于快速有效的淡水蒸汽產生，多孔結構又提供了有效的蒸汽逃離通道，經過快速冷凝得到了高質量的淡化海水。產水水質高于世界衛生組織（WHO）飲用水標準（第二代納米黑金，圖2）。
在此基礎之上，該研究團隊將基于氧化石墨烯的微納結構應用于太陽能海水淡化，并通過光學、熱學聯合調控和巧妙的供水結構設計，突破傳統太陽能光熱型海水淡化高聚光、絕熱的苛刻要求，實現了無聚光、無絕熱條件下高達83%的光熱轉換效率，為同等條件下報道的最高值（第三代納米黑金，圖3）。該工作率先提供了一種便攜、高效率、低成本的太陽能海水淡化解決方案（圖4）。
這一系列成果在Science Advances、Nature Photonics、PNAS、Advanced Materials等國際期刊發表以后，立即引起了Live Science、中國科學報、自然基金委網站、人民網、新浪網等國內外知名雜志和媒體的廣泛報道。美國Science期刊認為這一“新型低成本海水淡化技術有著光明的未來”，海水淡化領域的國際權威、美國藝術與科學院院士Benny Freeman教授在文中高度評價這種“小型化的潔凈水方案會是游戲改變者”；美國麻省理工學院Nicholas Fang教授高度評價這一工作為光熱轉換“提供了一個新穎而有意義的解決方案”；國家自然科學基金委員會在官方網站上作專題報道，認為該成果在“國際上首次利用等離激元增強效應實現了高效太陽能海水淡化”，并高度評價了研發團隊的工作“將對高效率太陽能海水淡化技術的大規模實用化產生重要的意義”。對其工作意義和影響給予充分肯定。
由此可見，納米黑金-高效界面光蒸餾技術具有非常重要的研究價值和廣闊的應用前景，為緩解全球性的水資源短缺提供新思路，還將推動海水淡化、污水處理等相關領域的發展。目前中外諸多企業和公益組織紛紛與朱嘉教授團隊洽談合作，積極推動將這一技術大規模投入到實際生產中。
作者：胡曉珍
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