水是人类赖以生存的基础，目前地球表面存在的水绝大多是海水，人们难以直接利用其进行生活与生产；同时，随着经济与工业的快速发展，产生的大量废水也使人类可用的清洁淡水资源变得愈发匮乏。因此，为了解决淡水资源短缺问题，常见的海水、废水与污水处理方式有电渗析、反渗透、多效蒸馏、纳滤和超滤等。但这些水处理方式普遍存在需要消耗能源以及成本较高的缺陷。目前，太阳能具有绿色、可持续供应的特点，利用太阳能进行的界面蒸发处理水的技术受到越来越多的关注。
在太阳能界面蒸发系统中，气凝胶材料的应用可实现较高的光热转换效率，从而提高水处理能力与效率。气凝胶是一种由聚合物分子链或纳米粒子相互连接而形成的三维网状多空结构材料，在其空洞内填充气体，由于其同时具有纳米级空洞结构与聚集态物质的属性，气凝胶具有极低的密度，同时还具有高比表面积、高孔隙率及低导热率、低折射率等独特性能。气凝胶按照材料组成的不同，可分为氧化物气凝胶、有机气凝胶、碳基气凝胶与金属气凝胶等。其中，有机气凝胶是以合成高分子或天然高分子为原料制备的气凝胶，由于原料来源丰富、物理化学性质易调控等优点，已作为界面太阳能蒸发系统中光热材料的基体而受到科研工作者的高度关注。其与光热转换材料复合制备的气凝胶材料在太阳能光热蒸发过程中，会受到光吸收率、光热转换能力的影响等。
因此，如何提高有机气凝胶材料的光热转换效率是近年来界面太阳能光热蒸发技术的重点研究方向之一。要想提高有机气凝胶材料的光热转换效率，光热材料的选择与应用就显得尤为关键，合适的光热材料，能够增强有机气凝胶材料在红外光和近红外光波段的太阳光吸收。目前，对有机气凝胶材料在界面太阳能光热蒸发进行水处理方面的研究已有文献报道，而对这方面的综述还较少。因此，笔者综述了近年来不同光热材料负载在有机气凝胶基体上的气凝胶材料在界面太阳能光热蒸发水处理方面的研究进展，并对有机气凝胶材料在该领域的发展趋势进行了展望。
光热材料的类型
目前，在界面太阳能蒸发系统中所用的有机气凝胶材料，通常是将光热材料负载在有机气凝胶上制备而成。常见的光热转换材料主要有金属纳米材料、半导体材料、碳基材料以及聚合物光热材料等。
1.1 金属纳米材料
金属纳米材料由于其具有优异的光热转换效率、稳定性和可循环利用性能等，在界面太阳能光热蒸发系统中的应用得到了广泛的关注，常见的金属纳米材料有贵金属如金（Au）、银（Ag）和钯（Pd）以及普通金属如铜（Cu）、铝（Al）等。
1.2 半导体材料
半导体材料，如金属氧化物和硫族化合物，具有成本低、易于合成、毒性小等特点，是太阳能界面蒸发器常用的光热转换材料，常用的半导体材料有二氧化钛（TiO2）、硫化铜（CuS）、二硫化钼（MoS2）、三氧化钼（MoO3）、四氧化三铁（Fe3O4）等。
1.3 碳基材料
碳基光热转换材料具有价格低廉、环境稳定性好、比表面积大，资源丰富，而且对全光谱太阳光具有优异的吸收能力和较高的光热转换效率，已成为太阳能界面蒸发研究常用的光热材料之一，常见的碳基光热材料有炭黑、石墨、碳纳米管、石墨烯、氧化石墨烯。
1.4 聚合物光热材料
具有共轭结构的聚合物光热转换材料具有易于可控合成、吸光范围广、高的光热转热转换效率和良好的生物相容性等优点，在太阳能光热转换领域受到科研工作者的广泛关注。常见的聚合物光热材料有聚吡咯（PPy）、聚多巴胺（PDA）和聚苯胺（PAN）等，由于其丰富的离域π电子的非辐射弛豫，这些共轭聚合物在可见光和近红外区有强的吸收能力。
光热材料的光热转换机制
界面太阳能蒸发系统中，光热转换材料具有良好的吸收太阳光能力以及根据自身的光热转换机制将光能转换为热能，并产生足够的热量使材料表面的温度快速升高，从而使水蒸发产生蒸汽。光热转换材料的种类不同，其作用机制也不尽相同。根据电磁辐射与物质之间相互作用的不同，光热转换的机制可分为局部等离子体共振效应、非辐射弛豫效应和分子热振动。
2.1 局部等离子体共振效应
金属纳米材料的光热转换主要是通过局域表面等离子体共振效应（LSPR）来实现的。当入射光的光子频率与金属表面自由电子的固有频率相匹配时，那么光子的能量将触发这部分自由电子产生集体振荡，从而产生热电子，这些被激发的热电子在入射过程中会与入射的电磁场发生共振，从而产生热能。
2.2 非辐射弛豫效应
非辐射弛豫效应通常发生在半导体材料上。对于半导体材料而言，在受到太阳光照时，通过吸收大于其带隙的光子能量将太阳能转化为热能，从而使价带中的电子能够被激发到导电带中，在价带和导电中分别产生激发态电子和空穴。然后，激发态电子和空穴松弛到价带和导电带的相应边缘，通过声子的非辐射弛豫会引起晶格振动，转化为局部的热能，从而实现太阳光的光热转换。
2.3 分子热振动
分子热振动是指材料吸收太阳光光子能量后，通过晶格振动将太阳能转化为热能。碳基材料与聚合物光热材料一般是通过分子热振动方式将光能转换为热能。这类光热材料受到太阳光照射时，具有丰富共轭π键的材料吸收太阳光光子能量后，电子从基态π轨道被激到更高激发态的π*轨道，激发态电子通过电子-电子和电子-声子散射到基态时，通过晶格振动就会产生热量。
有机气凝胶材料的应用研究进展
将不同的光热转换材料与有机气凝胶进行复合制备有机气凝胶材料，在界面太阳能光热蒸发系统中的应用已有相应的研究报道，常见的应用可分为以下四类。
3.1 负载金属纳米材料有机气凝胶的应用
负载金属纳米材料的有机气凝胶，目前多以金、银纳米粒子为主，同时，为了提高复合气凝胶的光热转换效果以及降低成本，贵金属离子与其他光热材料协同应用，也是研究的方向之一。
Jeon等以木质素纳米粒子（NPs）和纳米纤维素为原料，采用冷冻干燥法制备了多孔气凝胶，之后采用戊二醛对气凝胶进行交联，最后采用种子生长法在气凝胶表面负载金纳米粒子。Ren等以壳聚糖（CS）和双醛淀粉为原料，通过冷冻干燥法制备了气凝胶，然后在真空状态下通过溅射法对气凝胶的一面进行喷金处理。Chen等以壳聚糖和木质素为原料，通过冷冻干燥法制备了壳聚糖/木质素（CSL）混合气凝胶，以碳纳米粒子（CNPs）和银纳米粒子（AgNPs）为光热材料，制备了复合气凝胶材料。孙凯等以芳纶纳米纤维（ANFs）为气凝胶的基体材料，通过共混掺杂和原位生长的方法，制备了ANF载纳米银粒子/二硫化钼（AgNPs@ANF/MoS2）多孔复合气凝胶。
通过负载贵金属纳米粒子，制备的复合气凝胶材料在太阳能界面蒸发处理水时表现出优异的性能，但贵金属纳米粒子如银、金的价格昂贵，在长时间太阳照射后其稳定性还有待于进一步的研究。因此，将其与其他光热材料复合可显著提高其光热转换性能及降低成本；同时研究与开发价格较低的铜、铝等金属粒子作为有机气凝胶的光热转换材料，也是负载金属纳米材料有机气凝胶未来的研究与发展方向之一。
3.2 负载半导体材料有机气凝胶的应用
半导体材料具有种类多、良好的化学稳定性、易于被功能化等特点，被广泛应用于界面太阳能蒸发系统。有机气凝胶材料中常见的负载半导体材料有MoS2、CuS以及与其他光热材料的复合。
Guo等以海藻酸钠（SA）为气凝胶基体材料，MoS2为光热材料，采用冷冻干燥法制备了双层结构的有机气凝胶材料。Yu等以CuS为光热材料，采用冷冻干燥法制备了双层结构的复合气凝胶材料，上层为琼脂基硫化铜气凝胶（CuSAA），下层为杂化碳化钼/碳（MoCC）的废弃棉纤维气凝胶（CuSAA/MoCCFA）。Yang等采用二维纳米材料Mxene（Ti3AlC2）与MoS2组成复合光热材料，CS为气凝胶基体材料，采用定向冷冻干燥技术制备了具有垂直孔道的MoS2-MXene/CS复合气凝胶。王皓天等将MoS2与石墨氮化碳（g-C3N4）反应制备出MoS2–g-C3N4（MG）纳米粒子，然后将该纳米粒子与壳聚糖混合，采用冷冻干燥法制备了气凝胶材料。
3.3 负载碳基材料有机气凝胶的应用
碳基材料是典型的分子热振动型光热转换材料，具有优异的宽光谱范围光吸收能力、低成本、高导热性、稳定性好等特点，其是制备有机气凝胶材料较优的光热转换材料。
李臻等以炭黑（CB）为光热材料，以聚乙烯醇（PVA）和CS为原料，采用发泡以及冷冻干燥法制备了一种新型气凝胶材料（PCA-C）。李萌等以碳纳米管（CNT）为光热材料，PVA和SA为气凝胶的基体材料，采用定向冷冻干燥技术制备了CNT/PVA-SA复合气凝胶，研究了复合气凝胶组分、比例和CNT含量等因素对气凝胶材料对水蒸发性能的影响。Shang等以石墨烯为光热材料，以PVA和纤维素为气凝胶的基体材料，采用冷冻干燥法制备了3D多孔纤维素/PVA/GO气凝胶膜材料。
3.4 负载聚合物光热材料有机气凝胶的应用
聚合物光热材料如PPy、PDA、PAN等负载在有机气凝胶上以制备有机气凝胶材料，其用于界面太阳能光热蒸发系统也受到越来越多的关注。
王星瑶等以PPy为光热材料，以CS为气凝胶基体材料，采用固-液冷冻干燥法制备了PPy/CS复合气凝胶。刘斐等以PPy为光热材料，以纤维素为气凝胶基体材料，制备了PPy/纤维素复合气凝胶。Wen等以PPy为光热材料，PVA为气凝胶基体材料，采用冷冻干燥、缩醛化处理和用全氟辛基三氯硅烷（PFOTS）选择性氟化修饰的方法，制备了具有粗糙疏水上层和光滑亲水底层的Janus气凝胶材料（PPy/PVA-F Janus）。Liu等采用PDA作为光热材料，以废旧棉织物为纤维素的来源，通过冷冻干燥法制备表层负载PDA的纤维素气凝胶。
结束与展望
利用界面太阳能光热蒸发技术来进行海水淡化、废水与污水的处理具有绿色、高效、低耗能的特点。在界面太阳能光热蒸发系统中，有机气凝胶所负载的光热转换材料对水蒸发的效率有着重要的影响，常见的光热材料均表现出优异的光热性能。对几种常见的光热材料所制备的有机气凝胶材料在界面太阳能蒸发系统中的应用进行了简单综述。为了进一步提升有机气凝胶材料对太阳光的吸收能力及光热转换效率，开展不同类型光热材料的复合是今后有机气凝胶材料可关注的研究方向之;除此之外，多功能的有机气凝胶材料如具有光热转化、催化、抗菌以及吸附等功能，也是未来有机气凝胶材料的发展方向之一。
