全球水资源短缺问题日益严峻，据统计，全球四分之一人口正面临严重缺水困境，预计到2030年，淡水缺口将高达40%。在此背景下，太阳能驱动界面蒸发技术凭借其绿色低碳、安全高效的特点，成为极具潜力的淡水生产方案，而高性能光热材料则是该技术的核心要素。
纳米粉体材料因具备较大的比表面积和可调节的能带结构，在光热转换方面展现出卓越性能。然而，在三维宏观组装过程中，纳米材料面临两大挑战：一方面，颗粒容易团聚，导致光热效能衰减，且三维结构强度不足、成本高昂；另一方面，光催化效应会加速有机框架的降解，使材料老化速度加快，限制了其在实际场景中的应用。
为攻克这些难题，中国科学院过程工程研究所与深圳大学联合团队从“锁扣”机制中汲取灵感，创新性地提出一种高分子“锁扣”机制，成功将纳米颗粒编织成坚固的三维光热蒸发材料。研究团队首先制备出多层空心结构的纳米球壳，将其作为“纽扣”，再依据高分子与溶剂的相容性原理，让聚酯分子链像缝衣线一样精准穿过球壳细孔，将纳米颗粒紧密连接，形成类似“纳米森林”的三维网络结构。这种结构不仅有效防止了颗粒团聚，还构建了高效的水输送通道。
实验结果表明，这种新型三维光热蒸发材料具有出色的性能。通过多重散射和吸收，其对太阳光的吸收率高达90.2%；纳米限域空间改变了水分子间的氢键网络，使蒸发相同水量所需能量降低45.7%。在测试中，单根蒸发体每小时每平方米的蒸发速率达到38.14千克，是团队此前研发的二维薄膜的8.5倍。在连续30天的海水加速老化试验中，材料未出现纳米颗粒脱落现象，且在光照下不产生活性自由基，成功解决了有机基底降解的难题。
在实际应用中，该装置也表现出色。在自然光照条件下，每日可产出20.16升淡水，能够满足约10人的基本饮水需求，且水质达到世界卫生组织饮用水标准。产出的淡水已成功用于灌溉5平方米农田一整年，菠菜、玉米、小白菜等作物均顺利完成完整的生长周期，验证了其在农业灌溉领域的可行性。全生命周期成本分析显示，装置运行两年后，产水成本将低于市售瓶装水。
目前，相关研究成果已发表在国际学术期刊《先进材料》杂志上。研究团队正持续优化冷凝效率和系统成本，致力于推动这一技术在沿海缺水地区、海岛及偏远地区的规模化应用。
