近年来，界面太阳能蒸汽产生（interfacial solar steam generation, SSG）因其在可持续淡水收集方面的巨大潜力而受到广泛科学关注。然而，现有体系受限于光热表面积利用效率不足及宽带太阳光谱吸收不充分，导致性能受限。本研究通过将银（Ag）纳米颗粒负载于竹炭粉末（bamboo charcoal powder, BB）上，构建了表面活化且具有等离子体增强效应的光热吸收体BB/Ag。该结构在保留竹炭分级多孔特性的同时，实现了蒸发界面处均匀的等离子体耦合。增强的200–800 nm宽带吸收强化了界面加热效应，在1倍太阳光强照射下获得1.470 kg·m−2·h−1的高蒸发速率及85.4%的光热转换效率，显著优于不含Ag的竹基膜。除太阳能蒸发外，BB/Ag膜还能快速去除亚甲基蓝，最大吸附速率达93.8 mg·g−1·h−1，凸显其作为集成太阳能驱动水净化多功能平台的潜力。
该研究发表于《Results in Chemistry》，针对全球淡水资源危机背景下界面太阳能蒸汽产生技术存在的光热材料表面积利用率低、光谱吸收不足等问题，提出了一种基于生物质衍生碳材料的多功能净水策略。传统竹基蒸发器多采用整体块状结构，内部大量碳表面无法接触光照，限制了光—物质相互作用与有效蒸发界面面积。为此，研究人员将竹材经碳化与活化制备成竹炭粉末（BB），并通过负载银（Ag）纳米颗粒构建BB/Ag复合膜，结合等离子体共振效应与分级多孔结构优势，实现高效光热转换与污染物同步去除。结果表明，该膜在1倍太阳光强下的蒸发速率与光热效率均显著优于无Ag对照组，并在盐水中保持良好循环稳定性，同时具备高效的阳离子染料吸附能力，为低成本、可规模化的太阳能净水材料设计提供了可行路径。
研究人员采用的关键技术方法包括：以商用竹材为原料，经缺氧热处理与氢氧化钾化学活化制备高比表面积竹炭粉末；利用电化学法合成柠檬酸钠稳定的银纳米颗粒；通过物理混合与真空抽滤制备BB/Ag复合膜；采用扫描电子显微镜、X射线衍射、红外光谱、拉曼光谱及紫外—可见吸收光谱对材料形貌、结构与光学性质进行表征；在模拟1倍太阳光强条件下测试蒸发性能与光热转换效率，并在高浓度亚甲基蓝溶液中评估其吸附净化能力。
3. 结果与讨论
材料结构与组成表征 ：扫描电镜结果显示BB/Ag具有2–10 μm的分级连通孔道与外壳气孔结构，有利于毛细输水与蒸汽逸出。元素分布图证实Ag纳米颗粒均匀分布于竹炭骨架中，原子占比约0.5 at.%。X射线衍射谱显示材料主要为无定形碳结构，Ag含量低于检测限。拉曼光谱在低波数区出现~230 cm−1 的特征峰，对应Ag晶格振动，进一步证明Ag成功引入。傅里叶变换红外光谱表明材料富含羟基、羰基等亲水基团，赋予膜超亲水特性，水滴可在3 秒内完全铺展。氮气吸附—脱附测试显示其比表面积达142.73 m2 ·g−1 ，以微孔为主，兼具少量窄介孔，为吸附与输水提供充足通道。
光学吸收与光热性能 ：紫外—可见吸收光谱显示BB/Ag在200–800 nm波长范围内吸收率超过95%，近红外区吸收较纯BB提升约15%。红外热成像表明，在干态与湿态下BB/Ag的表面温度分别可达49.5 °C与35 °C，较BB提高约11 °C与5 °C，归因于Ag纳米颗粒的局域表面等离子体共振效应及其与碳基质间的热传递。
太阳能蒸发性能 ：在1倍太阳光强下，BB/Ag的蒸发速率达1.470 kg·m−2 ·h−1 ，光热转换效率为85.4%，显著高于纯BB膜的0.924 kg·m−2 ·h−1 （48.0%）与纤维素纸膜的0.497 kg·m−2 ·h−1 。暗态蒸发速率差异极小，证明性能提升主要来自光热效应。在3.5 wt%盐水环境中，经20次循环后蒸发速率由1.466 kg·m−2 ·h−1 降至约1.16 kg·m−2 ·h−1 ，盐结晶堵塞孔道是可逆过程，清洗后可恢复性能。
染料去除能力 ：BB/Ag在5小时内将初始浓度1000 ppm的亚甲基蓝降至5.21 ppm，最大吸附速率达93.8 mg·g−1 ·h−1 ，总吸附量达199.5 mg·g−1 。高效去除源于蒸发驱动的溶质富集、丰富的微孔吸附位点、表面负电荷基团与阳离子染料的静电作用，以及光热效应对吸附过程的促进。
讨论与结论总结
研究人员在讨论中指出，BB/Ag膜的性能与多种先进生物质蒸发器相当，且制造成本约为27 USD·m−2 ，远低于石墨烯、MXene及碳纳米管基体系，具备规模化应用潜力。结论部分强调，通过将Ag纳米颗粒负载于竹炭粉末，该材料实现了等离子体增强的宽带光吸收、高效界面蒸发与染料吸附的集成功能，为太阳能驱动的水净化平台设计提供了一种经济可行的方案。
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