多年来，加拿大国立科学研究院教授马冬玲和团队，一直专注于研究等离子体纳米材料的制备和性能，并积累了大量经验。
近日，马冬玲课题组通过简便绿色的方法，制备出一种等离子体 TiN/半还原石墨烯（TiN/semi-rGO）纳米复合材料，其具有低成本、高亲水性、高化学和热稳定性，可用于连续快速的太阳能水蒸发
与普通碳基光热材料比如氧化石墨烯、石墨烯、炭黑、碳纳米管等相比，二维结构的 semi-rGO 纳米片在增强光吸收能力的同时，表面还保留一定量的亲水基团，有助于太阳能水蒸发中的水分传输。
在无添加任何还原剂的条件下，通过微波水热法即可实现氧化石墨烯的快速部分热还原、以及等离子体 TiN 纳米颗粒和 semi-rGO 纳米片的原位强耦合。
（来源：Advanced Functional Materials）
概括来说，这种由廉价等离子体材料制成的高效蒸汽发生器，是太阳能转换领域的一项重要进展。同时，该项工作证明等离子体 TiN/semi-rGO 是一种具有前景的光热材料，可用于太阳能驱动海水淡化或用污水生产淡水。
作为具有成本优势的光热转换材料，它也具备用于其他光热应用场景的潜力，例如建筑物的太阳能供暖、太阳能热水器、光热催化等。
（来源：Advanced Functional Materials）
备受关注的等离子体纳米材料
据介绍，地球表面的 70% 被水覆盖，然而只有不到 3% 是淡水资源。自古以来，淡水就是人类生活的基本必需品之一。
但在现实生活中，水资源短缺已成为全世界面临的共同问题。人口增长、城市化、气候变化、环境污染和能源危机等正在加剧淡水短缺问题。
目前，人类已开发并实现了各种淡水生产技术，包括电渗析、热蒸馏、反渗透、膜蒸馏、太阳能水蒸发等。
其中，太阳能资源具有绿色清洁、丰富可持续的优势，这让太阳能水蒸发技术得到了广泛关注。该技术通过光热材料收集太阳能资源，并将太阳能转化成热能，进而对海水或污水进行蒸发净化。
光热材料的结构、太阳光吸收能力、光热转换效率、亲水性等性质将直接影响太阳能水蒸发的性能。因此，开发制备具有优异性能的光热材料具有重要意义。
为此，人们探究了可用于太阳能水蒸发的诸多光热材料，例如碳基材料、半导体材料、金属材料、等离子体纳米材料、有机聚合物等。
其中，等离子体纳米材料凭借独特的表面等离子体共振效应，成为太阳能光热转换领域备受关注的一种材料。
金（Au）、银（Ag）和铜（Cu）的纳米颗粒，是典型的等离子体材料，它们在可见光区域具有显著的光吸收能力。这些等离子体材料在吸收太阳光之后，会通过激发的电子-声子耦合和声子-声子耦合，将其表面温度快速升高数十摄氏度。
因此，当把这些等离子体材料作为光热材料时，可以大大提升太阳能水蒸发的效率。然而，这些金属纳米材料的高成本、窄带光吸收能力、以及低稳定性等缺点，严重限制了其实用性。
近年来，作为一种颇具前景的非金属等离子体材料，氮化钛（TiN）引起了学界极大的研究兴趣。
TiN 的宽带光吸收、低成本以及高稳定性，使其成为出色的等离子体光热材料。事实上，研究人员通过理论计算发现，TiN 纳米材料是用于宽带光热应用的最佳等离子体耐火材料，甚至比更昂贵的贵金属 Au 或 Ag 还要出色。
此前，人们已经开发出一系列具有不同结构设计的等离子体 TiN 基光热吸收器，以用于等离子体材料驱动的太阳能水蒸发。
然而，通过简单的结构设计进一步提高 TiN 基吸收器的光热性能仍具有挑战性。在合理结构设计和系统优化的基础上，必须同时考虑太阳光吸收能力、水传输能力以及热管理等因素。基于此，马冬玲团队展开了本次研究。
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