近日，北理工長三院智能材料設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)安盟教授聯(lián)合四川大學(xué)和得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校，以“Spatially regulated water-heat transport by fluidic diode membrane for efficient solar-powered desalination and electricity generation”為題，在Nature Communications上發(fā)表了一篇重要研究論文，團(tuán)隊(duì)成員安盟教授為文章共同通訊作者。

隨著全球水資源短缺和能源危機(jī)的加劇，太陽能驅(qū)動的海水淡化技術(shù)因其可持續(xù)性和環(huán)保性而備受矚目。然而，傳統(tǒng)太陽能蒸發(fā)器在水傳輸和熱管理之間存在難以平衡的矛盾，導(dǎo)致蒸發(fā)效率低下。如何在保持高效水傳輸?shù)耐瑫r實(shí)現(xiàn)熱量的有效局部化，成為亟待解決的科學(xué)難題。本研究通過設(shè)計(jì)一種新型流體二極管膜(Fluidic Diode Membrane, FDM)，為這一挑戰(zhàn)提供了突破性解決方案。

新型流體二極管膜的制備和表征

圖源：Nature Communications

研究團(tuán)隊(duì)受到電子二極管的啟發(fā)，設(shè)計(jì)了一種具有不對稱孔道結(jié)構(gòu)的單層膜。這種膜一面分布著規(guī)則排列的大孔(macropores)，另一面則是密集的納米孔(nanopores)。這種梯度孔結(jié)構(gòu)賦予了膜“二極管效應(yīng)”：水分子能夠從大孔側(cè)快速單向傳輸至納米孔側(cè)，同時熱量在納米孔側(cè)實(shí)現(xiàn)局部化。這種獨(dú)特的設(shè)計(jì)不僅加速了水蒸發(fā)，還顯著提升了能量利用效率。這項(xiàng)研究的流體二極管膜設(shè)計(jì)理念，不僅為太陽能海水淡化提供了高效解決方案，還可推廣至其他領(lǐng)域，如氣體分離、電池隔膜等。未來，這種膜技術(shù)有望在水資源短缺地區(qū)實(shí)現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，同時為可再生能源開發(fā)提供新路徑。

文章信息 :

Yuanhang Cao, Jiemin Wang, Weixin Guan, Meng An, Peng Yan, Zhengtong Li, Changsheng Zhao & Guihua Yu. Nat Commun 16, 5050 (2025).

原文地址：

https://www.nature.com/articles/s41467-025-60283-6