淡水资源短缺已成为威胁人类可持续发展的全球性问题。目前的商业淡水生产方法设施庞大、成本高昂并且产生大量能源消耗。太阳能作为一种最充足清洁的可再生能源，能有效地通过太阳光蒸汽转换生产清洁水，由于其低成本、无二次污染、无需其他化石能源提供动力等优势，成为极具潜力的淡水生产技术之一。本课题从设计调控光热材料的组成和结构入手，制备具有高效光热蒸水能力的碳复合四氧化三铁中空多壳层和非晶碳复合五氧化二钽中空多壳层，最终目标是要构建出配置简单、独立运行的高效太阳能光热蒸水器，应用于海水淡化、污水处理等场景，以解决岛礁地区、地下水污染严重地区所面临的淡水匮乏问题。 中空多壳层结构（Hollow multi-shelled structure，HoMS）由于其独特的结构特点可作为高效的光热材料用于光热蒸水器中：HoMS的多个壳层使入射光可以在壳层间发生多次反射、散射，增强光吸收；多级空腔形成的隔离空间，避免了热耗散，具有热集中效应；纳米级壳层间的毛细作用力提升了水输送；多级孔道利于蒸汽传质。因此，本论文通过调控HoMS的组成与结构，探讨了不同组成结构对HoMS光热蒸水性能的影响，最终将其用于设计构建的便携式界面光热蒸水器中。主要研究内容和研究成果如下： （1）采用工艺简便、高产可控的喷雾干燥法辅助次序模板法可控制备HoMS，通过对前驱体溶液配比、焙烧气氛、焙烧升温速率和保温时长的调控制备出了不同结构和组成的Fe3O4/C HoMS和非晶Ta2O5/C HoMS。其中的典型样品3S-Fe3O4/C HoMS是碳含量为12 wt%的多晶结构，碳元素在各壳层中均匀分布。采用有机相前驱体溶液进行喷雾干燥，之后通过次序模板法焙烧得到非晶2S-Ta2O5/C HoMS，其碳含量可以在0~20 wt%之间调控。 （2）将Fe3O4/C HoMS用于光热蒸水体系中，在一个太阳光强的辐照下，3S-Fe3O4/C HoMS具有96%的吸光率，其水蒸发速率为3.58 kg·m-2·h-1，在长期海水淡化应用中仍能保持稳定的水蒸发速率，冷凝收集到的清洁水各项指标均符合我国和世卫组织规定的饮用水标准。其中，Fe3O4/C HoMS的窄带隙和独特的多壳层结构使其具有突出的光吸收能力，光热转换过程中的碳杂质能级使材料更易发生非辐射弛豫，提高了热效率，同时3S-Fe3O4/C HoMS具有更高的热容，有利于热量集中加热。因此成本低廉、易于宏量制备的Fe3O4/C HoMS是一种具有竞争力的光热材料。另一种耐腐蚀、稳定性高的非晶2S-Ta2O5/C HoMS在一个太阳光强的辐照下，表现出3.64 kg·m-2·h-1的水蒸发速率，更广泛用于从强酸强碱废水、重金属离子废水等极端水源中光热蒸发获取清洁水。（3）以制备出的高性能HoMS作为光热转换材料，设计构建了一种便捷式光热蒸水器。该蒸水器仅通过太阳光驱动，光吸收和水蒸发过程分别发生在光热转换层的上下两侧。蒸水器的供水通道首先通过毛细作用力驱动水上升至光热转换层界面，水受热蒸发后，在温差和蒸汽压差的驱动下蒸汽向下扩散到冷凝层，冷凝释放的潜热再利用来加热水体。从传热和传质角度优化了蒸水器的光热材料、供水通道材料、光热转换层和冷凝层间的气隙结构、泡沫铜的亲水性和孔隙密度，优化后的蒸水器集水速率达到1.89 kg·m-2·h-1。该低成本、无化石能源消耗、性能稳定的便携式光热蒸水器，可应用于海水淡化、污水处理以及缓解极端缺水地区的饮用水匮乏问题。