9月13日，Nature在线宣布了东北大学左良教授团队、秦高梧教授团队与中国科学院金属研讨所陈星秋研讨员团队的协作研讨结果，论文标题为“Flatband λ-Ti3O5 towards extraordinary solar steam generation”。该论文榜首作者为东北大学资料科学与工程学院/资料各向异性与织构教育部要点试验室杨波副教授，通讯作者为左良教授。

  受人口增长、环境污染以及气候均匀状况随时刻的改变等要素的影响，淡水资源缺少问题日渐严峻。依据全球水资源经济委员会最新研讨报告，到2030年全球淡水供应缺少将到达40%。鉴于70%以上的地球外表被海洋掩盖，海水淡化无疑是破解这一急切问题的最有用战略。近年来，科研人员努力探究根据光热转化效应的太阳能驱动界面水蒸腾技能，其在减轻化石能源消耗与环境污染压力、保证清洁水资源安全供应方面有着宽广的使用远景。

  获取具有宽吸收谱、高吸收率的光热转化资料，是将太阳能高效转化为热能要处理的最要紧的费事。该研讨从光与物质相互效果的实质动身，经过榜首性原理核算和试验研讨之后发现，亚氧化钛（TinO2n-1）中存在的Ti-Ti二聚体结构导致Ti-3d电子在实空间的局域化，并在费米能级邻近引进平带电子态，然后增强电子跃迁的联合态密度。如图1所示，金属性λ-Ti3O5在费米能级邻近较宽的能量规模存在源于Ti-3d轨迹的多重平带电子态，使得其在全太阳光谱规模内呈现出96.4%的吸光率。

  图1. a，λ-Ti3O5晶体结构及Ti-Ti二聚体；b，λ-Ti3O5能带结构与电子态密度；c-e，λ-Ti3O5在不同波长光照下电子跃迁示意图（c-紫外，d-可见，e-近红外）；f，Ti4O7、β-Ti3O5和λ-Ti3O5实测反射光谱

  使用榜首性原理分子动力学模仿研讨发现（图2），λ-Ti3O5最安稳的外表上的Ti-Ti二聚体可以将开始化学吸附的部分水分子分化为羟基（-OH）和氢（H），且二者别离与λ-Ti3O5外表Ti原子和O原子结合，导致λ-Ti3O5外表羟基化；此外，该外表特别的U型槽结构可以促进快速的质子交流，使得羟基化外表上物理吸附的水分子层中易于构成亚稳的H3O*单元，可弱化含H3O*的水分子团簇与其周围水分子之间的氢键效果。结合试验验证，从实质上提醒了λ-Ti3O5表层水分子在光照条件下以团簇方式蒸腾的机制，改造了水以单分子方式蒸腾的传统认知。

  图2. a，λ-Ti3O5（1-10）外表的U型槽结构；b-e，水分子在λ-Ti3O5（1-10）外表的吸赞同分化榜首性原理分子动力学模仿；f-g，水分子在λ-Ti3O5（1-10）外表分化的能垒核算（f-外表吸附1个水分子，g-外表吸附2个水分子）；h， λ-Ti3O5（1-10）外表不同水层中的氢键长度散布

  根据上述了解，将光热转化资料λ-Ti3O5与聚乙烯醇（PVA）混合，制造出了三维多孔连通结构的蒸腾器，在1个太阳光照条件下（1 kW m-2）获得了高达6.09 kg m-2 h-1的水蒸腾速率，发明了长时刻作业且无盐分分出的太阳能驱动光热水蒸腾速率的新纪录（图3a，b）。进一步规划了野外海水淡化和淡水搜集设备，置于东北大学南湖校区野外天然光照时的均匀日搜集淡水量到达23 L m-2 day-1（图3c-e），展示出了杰出的使用远景。

  图3. a，λ-Ti3O5-PVA三维多孔连通结构蒸腾器的蒸腾速率；b，不同光热转化资料蒸腾器的蒸腾速率与光-气转化功率比较；c，野外海水淡化设备；d，太阳光能量、淡水搜集速率和搜集淡水总量随时刻改变；e，日均匀光通量和淡水搜集速率

  该作业发现Ti原子二聚体化引进的多重平带电子态，据此提出了平带光热转化资料的新概念，研制出了全太阳光谱高吸收、低反射的λ-Ti3O5光热转化资料；结合三维多孔连通结构蒸腾器规划，发明了光热水蒸腾速率的世界纪录。研讨结果为不只规划开发高效光热转化资料供给了新的思路，而且为使用太阳能驱动海水淡化以及工业废水节能化处理供给了新的战略。

  东北大学剖析测试中心和中国科学院金属研讨所剖析测试中心在试验作业中供给了协助。