近几十年来，淡水资源缺乏和能源危机已成为全球范围两个急需解决的问题。为了缓解淡水资源的短缺以及能源危机，人们想到利用太阳能等绿色能源来生产淡水和发电。但支撑该项目的光热转换材料，必须同时具备高太阳能吸收性、高光热转换性、低成本以及良好的稳定性。

　　传统光热转换效率低

　　“传统的太阳能集热器装置对太阳光辐射的吸收有限，并且对外热损失较大，导致光热转换效率很低，实际应用非常受限。”云南大学材料与能源学院副教授万艳芬说道。之后，万艳芬研究组通过云南省稀贵金属材料基因工程研发的大数据和高通量制备平台，对等离子体贵金属、半导体和碳基材料进行了复合研究。

　　“由于三者的协同效应，使得金-钼酸铋-碳点复合材料具有97.1%的光热转换效率。特别是金纳米锥和碳点的加入，能让电子由钼酸铋转移到金锥和碳点的表面，有效地抑制了钼酸铋中电子-空穴对的复合，从而极大地增强了材料的光热性能。”研究组成员杨鹏说道。

　　此外，将复合材料沉积在商用温差发电片上，可制成太阳能温差发电器件。结果显示，该器件具有增强的热电性能，其输出功率高达每平方厘米97.4微瓦。这为高效光热转换材料的研究提供了重要实验依据，同时也为海水淡化和新能源器件及系统研发带来了新思路。

　　新材料结构提升效能

　　“研究组的同学会在外出时找一些组织结构特别的植物，回来后进行碳化处理，试图找到不同的结构，来支持新复合材料结构的研究。”云南大学材料与能源学院研究生耿学敏说。

　　他们把常见的玫瑰、玉米秸秆以及咖啡3种生物质碳化前后的三维扫描图像进行对比后发现，花苞状玫瑰碳材料的内壁可以有效地对光进行全吸收，并在这些受限空间内实现多级反射。“因为这种结构像一颗洋葱头，只有一个很小的开口，光进来之后，就被限制在这个‘小口袋’里，从而提高了光热转换效率。”万艳芬说，此外在玫瑰粉末3D折叠花瓣状结构中还可观察到光的多重反射，这一结构与中国折纸相似，光进行多重反射的特殊结构面积，随着折叠花瓣结构的增多而增大，可以获得高达99%的光吸收率。之后，研究团队将其加以提炼、简化，使材料的结构更利于光热转换效能的提升和制备的便利化。

　　“获得植物组织的原始结构之后，我们还想加入纳米材料，把纳米材料的微观序和生物质材料的宏观序结合起来，能够让新材料与光相互作用的波长范围更宽，也就是说，形成两个不同尺度的有序结构的组合。”万艳芬说。

　　新复合材料前景广阔

　　“与传统的单组分光热材料如金、银、二硫化钼、碳纳米管、石墨烯等相比较，我们所制备材料的特点主要表现在两方面：多元材料的复合以及将生物质废料变废为宝。”万艳芬说道，团队已成功制备的金-钼酸铋-碳点，是杂化多种材料组元以获得的复合材料，通过多元材料之间的协同作用，获得具有窄带隙的光热材料，表现出优于单组分甚至单组分所不具备的性能，进而提升光热转换效率；另一方面对成本低廉、易获得且环境友好型生物质废料进行碳化处理，仍然保持其独特的原生微结构，可以进行高效光吸收和水运输。

　　由于拥有卓越的集热性能，这种新材料还可以应用在海水淡化、温差发电、水伏发电、湿度发电等方面，为解决能源危机、缓解淡水资源短缺等问题提供了新的思路和方法。

　　此外，随着研究的发展和深入，研究团队还发现了这种新材料在人体可穿戴健康检测传感器等方面的应用空间和潜力。“如复合了新材料的聚丙烯酰胺—聚丙烯酸水凝胶，我们把它佩戴到多名参与测试人员的指关节上进行了试验，显示其传感能力高度灵敏，能实时监测人体肌肉力量和关节健康状况。”耿学敏说。