太阳能光热水蒸发是解决水资源短缺的一项有前途的、绿色可持续的技术。然而，在自然蒸发条件下，由于水对太阳光的吸收极小，太阳光的利用效率极为低下。目前，光热转换材料相继被开发应用到太阳能水蒸发中以提升其效率。由于具有独特的形态学和物理化学性质，包括较大的表面积、量子限制效应和低毒性等，二维材料在光热转换应用中展示了巨大的潜力。实际上，大多数二维材料已经被研究用于光热治疗，主要是它们仅对近红外照射有响应，对宽光谱范围不响应。而对全太阳光谱的强吸收是太阳能光热蒸发的理想特性。为此，研究人员采取了一系列增强吸收的策略，如合金化，等离子体和缺陷调制等。然而，复杂的制备工艺、材料合成周期长以及材料循环使用性低，使其面临诸多挑战。因此，探索一种具有自增强太阳能吸收的理想候选二维材料是实现高效产生水蒸汽的关键。

暨南大学段宣明团队杜纯博士和中山大学杨国伟教授等人提出了一种由拓扑表面态（TSS）诱导的自增强光热转换促进太阳能水蒸汽产生策略。采用液体剥离法将少层WTe₂制备成光热材料，而后沉积在混合纤维素酯（MCE）上作为光热转换器。由于半金属TSS的独特特性，二维WTe₂具有较高的光吸收能力、低热扩散率、比热容和高载流子密度。与预期的一样，WTe₂ @MCE的光热转换器在1个阳光照射下的光热蒸发率为1.09 kg/m²/h，分别比MCE（0.18 kg/m²/h）和纯水（0.35kg/m²/h）高出了6.1倍和3.1倍。更重要的是，它远远高于商业超蓝色涂层（0.74 kg/m²/h），实现了74.8%的高效太阳能蒸汽产生效率，预示着巨大的商业应用潜力。结合第一性原理密度泛函理论和是否具有TSS的二维WTe₂光热转换实验，有力证明了二维WTe₂中TSS有利于增强光吸收，且量子约束效应可以最大限度地促进电子和声子的相互作用，从而产生巨大的光热效应。此外，还进行了机理探究，表明了具有TSS的二维Weyl半金属WTe₂通过多途径发射光热转换的机制实现高效的光热转换性能。本工作为TSS在高效光热转化中的作用提供了一个新的视角，为Weyl半金属材料在太阳能水蒸发中的应用提供了可能性。该工作以题为Self-enhancing photothermal conversion of 2D Weyl semimetal WTe₂ with topological surface states for efficient solar vapor generation发表于Nano Research。第一作者为暨南大学杜纯博士，通讯作者为中山大学杨国伟教授。

图1所制备的WTe₂纳米片(a)TEM图像，(b)和(c)HRTEM图像和相应的SAED图。(d)-(f)Te和W元素分布图，(g)EDX元素分析，插表是相应的原子比，(h) 高度分析图，插图为AFM图像。

图2 (a)不同光热转换器在AM 1.5 G照射下的水蒸发质量变化，功率密度：100mW/cm₂和(b)对应的蒸发速率。WTe₂ @MCE(c)不同光功率下蒸发速率和(d)循环水蒸发质量变化。

图3WTe₂@MCE(a) UV-NIR吸收光谱和AM 1.5 G太阳照射的能量分布，插图WTe₂ @MCE器件的光学图像。(b)WTe₂@MCE和空白样品的随时间变化温度曲线和(c)对应的光热映射图像。(d)WTe₂ @MCE在干燥条件下随时间光热映射图像。

图4 (a)二维Td-WTe₂通过弱范德华力沿c轴堆积的正交晶体结构，多面体表示为沿a轴的W-W链用红线表示，带有高对称点的布里渊区。具有和没有SOC的二维 Td-WTe₂(b)能带结构。(c)高分辨率能带结构，包含或不包含SOC效应的部分Γ-X片段。(d)，(e)WTe₂@MC的太阳能水蒸发示意图。(f)二维Td-WTe₂能带结构的光热转换机理。

杜纯，暨南大学讲师，硕士生导师，硕士和博士先后毕业于华南师范大学和中山大学光电材料与技术国家重点实验室，主要从事二维半导体材料的制备及其光电特性研究和机理探究，迄今为止在Nat. Commun., Nano Energy, Appl. Catal. B, Adv. Sci, J. Mater. Chem. A, Small等国际知名期刊发表论文 20余篇，累积引用次数达 900 余次。

段宣明，暨南大学教授，973项目首席科学家，中科院“百人”计划研究员，作为项目负责人承担了国家“纳米研究”重大研究计划（973）项目、基金委“纳米制造的基础研究”重大研究计划重点项目、科技部国际合作专项等10 余项重大、重点项目。被聘为国家基金委学科评审组成员、“973”评审专家、国家奖评审专家。长期以突破光学衍射极限这一重大科学问题为核心，发展超越衍射极限的激光直写与无掩模投影及其相结合的激光纳米光刻新原理、新技术、新装备，在激光直写加工与无掩模投影光刻分辨率方面保持世界领先水平；发展了具有自主知识产权的低成本、高效率新型纳米光刻技术，拥有10多项中国与国际核心专利， 发表论文200余篇，其中SCI收录150余篇，Google Scholar 引用3200余次。

杨国伟，中山大学教授，中山大学材料科学与工程学院院长，中山大学光电材料与技术国家重点实验室副主任，长江学者，973项目首席科学家。主要研究方向是纳米材料生长热力学理论、液体激光烧蚀及其在纳米晶体合成和纳米结构制备中的应用、新型碳纳米材料和纳米结构。迄今为止，在国际材料科学领域重要学术期刊发表SCI论文450余篇，SCI他引15000余次；获国家自然科学奖二等奖1项（第一完成人），广东省科学技术奖一等奖3项（第一完成人2项、第三完成人1项），广东省丁颖科技奖1项。受邀担任Scientific Reports，Editorial Board Member；Cancer Nanotechnology，Editorial Board Member；Nanomaterials, Editorial Board Member;《物理学报》和Chinese Physics B 编委；《中山大学学报（自然科学版），编委；国家科学技术奖评审专家；清华大学先进材料教育部重点实验室学术委员会委员；南京理工大学新型显示材料与器件工业和信息化部重点实验室学术委员会委员；广东省材料研究会副理事长；第八届教育部科学技术委员会材料学部委员。

Du C, Yang Z, Mo A, et al. Self-enhancing photothermal conversion of 2D Weyl semimetal WTe₂ with topological surface states for efficient solar vapor generation. Nano Research, 2023, https://doi.org/10.1007/s12274-023-5852-2.