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  全球淡水資源短缺和鋰資源需求的雙重挑戰，正推動著科技創新的步伐。近期，一項新的研究成果，為解決這兩大難題提供了全新思路。來自四川師范大學的白躍峰副教授和清華大學的危巖教授聯合北京科技大學牛康民教授、武漢紡織大學劉延波教授、哈爾濱工業大學王威教授、賀詩欣教授等研究團隊，共同開發出一種多孔整體式高分子光熱泡沫材料（PDCPD-25%COE-10%ACAT），通過太陽能驅動界面水蒸發技術（SDIE），實現了海水淡化、廢水處理與鋰鹽富集的高效協同，為高分子材料在能源與環境領域的應用開辟了新方向。

  2025年5月27日該研究以Scalable, high-efficiency porous monolithic polymer foam for solar-driven interfacial water evaporation and lithium extraction為題發表在《npj Clean Water》上。這項工作由四川師范大學、北京科技大學、清華大學、武漢紡織大學、哈爾濱工業大學等機構合作完成，論文第一作者為四川師范大學碩士研究生姜春楊。

圖1. 通過烯烴復分解和氯化鈉（NaCl）模板法制備多孔整體式聚合物基SDIE（PDCPD-25%COE-10%ACAT）的工藝示意圖。

一、創新工藝：快速制備大面積高效蒸發材料

  傳統高分子光熱材料受限于復雜制備工藝和成本問題，難以規模化應用。本研究以胺基封端的苯胺三聚體（ACAT）為光熱轉化材料，采用烯烴復分解聚合與氯化鈉（NaCl）模板法結合的工藝，僅需 5 分鐘即可完成制備，成功制造出尺寸達800×600 mm2的大面積泡沫蒸發器——這是目前報道中最大的高分子基 SDIE 器件。

圖2. 大面積多孔整體式聚合物基SDIE實物圖，尺寸800×600 mm2

二、多場景應用：從海水淡化到鋰資源提取

1. 海水淡化：高水蒸發速率與長期穩定性

  在模擬海水（3.5 wt% 鹽濃度）中，該材料蒸發速率達3.32 kg·m?2·h?1，且經10 次循環測試后性能保持率超 95%，6 個月后蒸發速率僅下降 3.64%。通過該水蒸發器淡化后的水中 Na?、K?、Ca2?、Mg2?等離子濃度低于世界衛生組織（WHO）飲用水標準，證實其實際應用可靠性。

圖3. 多孔整體式聚合物基SDIE在海水淡化中的蒸發性能。a) 太陽能界面水蒸發示意圖；b) SDIE在不同濃度鹽水中水蒸發質量變化曲線；c) SDIE在不同濃度鹽水中的水蒸發速率；d) SDIE在循環水蒸發試驗中的穩定性測試 ；e) 在不同鹽濃度下，SDIE在半年后的水蒸發速率；f) 蒸發前后模擬海水中各重金屬離子的濃度變化曲線。

2. 廢水處理：高效去除有機染料與重金屬

  面對含甲基藍、甲基橙、羅丹明B 等有機染料及 Zn2?、Cd2?、Cr3?等重金屬離子的廢水，材料蒸發速率穩定在3.3 kg·m?2·h?1，染料去除率接近 100%，重金屬離子濃度降低 3-4 個數量級，展現出廣譜污染物處理能力。

圖4.整體式聚合物基SDIE在污水處理中的性能表面。a) SDIE在染料廢水中的水蒸發速率；b) SDIE在含重金屬廢水中的水蒸發速率。用HPLC、ICP-OES測定蒸發前后有機染料和重金屬離子的濃度。c) 甲基藍；d) 甲基橙；e) 羅丹明B；f) 各種重金屬離子。

3. 鋰鹽富集：選擇性分離助力資源回收

  針對鹽湖鹵水中鋰資源提取難題，材料通過光熱蒸發實現Li?與 Na?、Mg2?的高效分離。在高濃度的 LiCl-MgCl?混合溶液中，Mg2?/Li?濃度比從 5:1 降至 2.6:1，Li?在殘留鹵水中顯著富集。這一特性可將傳統鋰提取周期從 12-18 個月縮短至數十天，大幅提升效率。

圖5. 整體式聚合物基SDIE在鋰鹽提取中的應用。a) SDIE在飽和NaCl、MgCl₂、LiCl水溶液中1個太陽下光照不同時間的照片；b) SDIE光照不同時間析出的鈉鹽、鎂鹽、鋰鹽的質量變化；c) 蒸發后LiCl-MgCl?混合溶液中Mg²⁺與Li⁺的質量濃度比；d) 蒸發LiCl-MgCl?混合溶液所得沉積鹽XPS結果。

三、戶外驗證：真實環境下的可靠性能

  在成都夏季自然光照條件下（太陽輻照度 0.807 kW?m?2），材料蒸發速率達3.33 kg·m?2·h?1，且在早晚低光照時段仍保持2 kg·m?2·h?1的穩定輸出，驗證了其在實際場景中的適用性。

  該研究不僅為全球淡水危機和鋰資源短缺提供了創新解決方案，更彰顯了高分子材料在能源環境領域的戰略價值。隨著技術進一步優化，這種高效、可擴展的光熱泡沫材料有望在沿海地區水資源凈化、鹽湖提鋰等場景中實現商業化落地，推動“水 - 能源 - 資源” 協同發展的可持續未來。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41545-025-00474-2