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太陽能的轉(zhuǎn)換與利用是緩解全球能源危機(jī)和環(huán)境問題的重要戰(zhàn)略之一。作為一種直接高效的綠色、低能耗能量轉(zhuǎn)化策略，太陽能-熱轉(zhuǎn)換能夠輕易地將入射的太陽光轉(zhuǎn)化為可觀的熱量以促進(jìn)能源的再利用。然而，當(dāng)傳統(tǒng)的光熱轉(zhuǎn)換材料暴露在水環(huán)境下，由于水的高比熱容導(dǎo)致材料光熱轉(zhuǎn)換效率降低，難以維持性能的穩(wěn)定。為了應(yīng)對這一挑戰(zhàn)，將超疏水功能結(jié)構(gòu)引入光熱材料體系有望實(shí)現(xiàn)高效穩(wěn)定的熱供應(yīng)以及在各種水環(huán)境下實(shí)現(xiàn)新的功能應(yīng)用。
超疏水光熱材料（SSTMs）具有協(xié)同拒水性和光熱轉(zhuǎn)換的特性，在抗冰除冰、海水淡化、原油收集、光驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器、熱量管理以及生物醫(yī)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。SSTMs的典型優(yōu)點(diǎn)是即使在水的環(huán)境下仍能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換和持續(xù)的熱能供應(yīng)，從而提高能源利用效率。盡管一系列超疏水光熱材料被研究和報(bào)道，但其工作機(jī)制、制備策略及前沿應(yīng)用尚未被系統(tǒng)總結(jié)和探討。
近年來，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所海洋關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室智能高分子材料團(tuán)隊(duì)陳濤研究員和肖鵬研究員一直致力超疏水太陽能-熱轉(zhuǎn)換材料及其在海水淡化、能量管理及智能驅(qū)動(dòng)等方面的應(yīng)用研究（Nat. Commun. 2020, 11, 4359; Matter 2022, 5, 2624; Adv. Mater. 2021, 33, 2103937; Angew. Chem. Int. Ed. 2020, 59,19237; Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2209654; Small 2023, 19, 2302509; Nano Lett. 2022, 22, 9343; Nano Energy 2022, 97, 107180; Nano-Micro Lett. 2022, 14, 32; Nano Energy 2020, 68, 104385; Nano Energy 2020, 68, 104385; Nano Energy 2020, 68, 104311; Nano Energy 2019, 65, 104002, etc.）。近日，該團(tuán)隊(duì)受邀在Advanced Materials上發(fā)表了題為“Superhydrophobic Solar-to-Thermal Materials Toward Cutting-Edge Applications”的綜述（Adv. Mater., 2024, DOI: 10.1002/adma.202311453），系統(tǒng)總結(jié)了近年來超疏水光熱材料的研究進(jìn)展（圖1）。
文中，作者首先介紹了太陽能-熱轉(zhuǎn)換材料的基本概念及機(jī)制，包括等離子體局部加熱（金屬材料）、非輻射弛豫（半導(dǎo)體）和分子熱振動(dòng)（碳和有機(jī)聚合物材料）。為了提高光熱轉(zhuǎn)換效率，光熱性能材料應(yīng)滿足高寬帶（300-2500 nm）太陽能吸收和低透射/反射率的特性。作者還詳細(xì)介紹了超疏水材料的基本結(jié)構(gòu)與原理，重點(diǎn)介紹了超疏水光熱材料的制備策略（包括激光刻蝕法、噴涂法、模板法、化學(xué)沉積、浸涂法及層層自組裝），總結(jié)了制備得到的材料性能及優(yōu)缺點(diǎn)。作者全面梳理了超疏水光熱材料在抗冰除冰、海水淡化、原油收集、光驅(qū)動(dòng)執(zhí)行器、可穿戴熱管理、室內(nèi)熱管理以及生物醫(yī)用領(lǐng)域的最新進(jìn)展（圖2）；并總結(jié)了光熱轉(zhuǎn)換和超疏水功能結(jié)構(gòu)在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮的協(xié)同作用，例如增強(qiáng)光吸收、降低流體的阻力與粘附、抗鹽阻塞、防水、自清潔、殺菌等，討論了超疏水光熱材料面臨的挑戰(zhàn)，并對未來的發(fā)展方向進(jìn)行了展望。
寧波材料所2020級博士黎姍為論文第一作者，陳濤研究員、肖鵬研究員為論文通訊作者。本研究得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（52373094、52073295）、寧波市自然科學(xué)基金（2021Z127）、中德合作國際交流基金（M-0424）、寧波市公益科技項(xiàng)目（2021S150）資助。
原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202311453
圖1 具有多級微納結(jié)構(gòu)的超疏水光熱材料
圖2 超疏水光熱材料的構(gòu)筑策略及前沿應(yīng)用
（海洋關(guān)鍵材料重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）
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