科学通报 | 界面光热绿色蒸汽驱动低碳创新

在“双碳”目标指引下，寻找可持续、低碳、高效的资源获取方式，成为全球科技创新的关键方向。近日，南京大学朱嘉教授、宋琰助理教授团队撰写的评述文章“界面光热绿色蒸汽驱动低碳创新”发表于《科学通报》“双清论坛专栏”，系统梳理了绿色蒸汽在能源、资源、水、农业与健康等领域的最新研究进展，并提出了绿色蒸汽作为“低碳基础设施”的创新发展路径。

界面光热：绿色蒸汽的高效生成路径

太阳能界面蒸发技术是一种通过将光热转换过程局域在气-液界面实现高效蒸发的新兴手段。相较于传统体相加热，其具备能量集中、热损少、操作简便等优势。在自然光照条件下，其太阳能-蒸汽转换效率可达92.5%，已接近热力学极限。

这一过程所生成的蒸汽，被称为“绿色蒸汽”——其以太阳能为唯一驱动力，具备零碳排、无污染、易部署的特点，已在水处理、农业灌溉、医疗灭菌、资源提取、能源生产等领域展现出广泛的应用潜力。

技术进展：从“净水”到“资源协同获取”

本篇评述指出，绿色蒸汽技术已从最初的太阳能净水，拓展至“水-电-食物-能源”多领域的协同发展。在饮用水制备方面，研究者开发了从单级、倒置式到多级蒸发冷凝系统，并引入光热膜分离、自然气流驱动与仿生结构等创新手段，显著提升了产水效率与应用场景的灵活性。在农业灌溉方面，绿色蒸汽为淡水匮乏地区带来食物解决方案，且对水质要求较低的农业用水场景极具适配性。文章还介绍了光谱协同利用策略——将可见光用于植物光合，红外光用于蒸发产水，实现农业用地和太阳能的“双重利用”。在清洁能源生产方面，绿色蒸汽可与热电、热电化学、电池储能或光伏等模块集成，构建水-电联产系统。在医疗健康方面，绿色蒸汽高温特性使其可用于高效灭菌，尤其在无电力接入的偏远地区具有重要意义。研究团队还探讨了光热-催化或金属离子协同杀菌的新策略。在资源开发领域，绿色蒸汽能够驱动纳滤、吸附等过程，为盐湖提锂、海水提铀等提供绿色解决方案。

发展展望：“绿色蒸汽+”的多能协同新范式

面对系统能效低、空间利用率不高、基础设施复杂等挑战，研究团队提出了“绿色蒸汽+”多能协同发展战略，倡导将绿色蒸汽与光伏发电、储能、碳捕集、风能利用等技术集成，实现：

1.光谱协同调控：全波段高效利用太阳能；

2.多能耦合联产：淡水、能源、作物等协同输出；

3.分布式低碳系统：适应不同场景的模块化设计。

这不仅提升了太阳能的综合利用效率，也为全球绿色低碳发展提供了可推广、可落地的解决方案。

研究团队与支持

本评述由南京大学赵鑫如研究生、宋琰助理教授与朱嘉教授合作完成。该工作得到了国家自然科学基金、国家重点研发计划、关键地球物质循环前沿科学中心'GeoX'交叉项目、江苏省自然科学基金资助的支持。

文章信息

赵鑫如,宋琰*,朱嘉*. 界面光热绿色蒸汽驱动低碳创新. 科学通报, 2026, 71: 182–199.

doi: 10.1360/CSB-2025-0669

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