海洋人物▏朱嘉：南大80后教授团队研发“纳米黑金”材料，提升海水淡化能力
只要有太阳，就能淡化海水、净化污水；从可见光到红外光，像黑洞般“遇”光就吸收，光吸收效率达99%、光热转化效率高达90%以上，水净化效率领先全球……
移动水堡模型图示
光蒸馏过程（左图）与界面加热技术（右图）
近日从南京大学获悉，该校朱嘉教授团队研发成功的一种 “纳米黑金”材料，目前正在江苏沿海某县建设500吨级海水淡化生产线，使用该技术后，海水淡化前后盐度降低4个数量级，产水速度快、产水质量高、适用于各种水质，并且不需要其它能耗，只需太阳能即可。
在南京大学现代工程与应用科学学院实验室里，记者看到了这款纳米材料做成的斗笠状、直径60厘米的便携式太阳能海水净化装置——移动水堡。把它放在污水表面，太阳照射后，纳米材料吸收阳光并转化为热能，产生水蒸气，蒸馏得到的纯净水顺着斗笠壁收集到净水袋中。在夏天光照好时，每平方米每小时就能收集净水1升，远超市面上同类产品。
支撑这套装置背后的核心技术叫作“纳米黑金”。这项技术的发明人是南京大学朱嘉教授带领的科研团队。团队实验中意外出现了一面金色一面黑色的材料，经过半年的反复实验论证，团队发现了世界上吸收光能力最强的纳米金属材料。此材料是一种光吸收波段宽（400nm—10μm）、光吸收效率高（>99%）、光热转换效率高（>90%）的吸收体。
有统计数据显示，到2030年，我国沿海地区淡水资源缺口将达到214亿立方米/年。这相当于河北省一年的用水总量。海水淡化无疑将成为沿海缺水地区的重要选择。光热海水淡化技术的特点就是不需要外部能量输入，只需要太阳能，能耗低、成本低、多种水质都适用。
朱嘉介绍说，纳米黑金强大的光热转换能力，特别适合用于太阳能海水淡化、污水净化，经过严格检测，净化后水质可达到世界卫生组织和我国饮用水标准。如果这种材料被广泛应用，不仅不用建大型水处理厂，不造成能源消耗，还能把传统的太阳能转化效率翻倍提高，让高效太阳能海水淡化的产业化成为可能。
世界顶级学术期刊《科学》专门报道称，“这项新的水纯化技术可以为世界解渴”。越南、巴基斯坦等国的机构也纷纷寄来需求信咨询，朱嘉也因此作为科技先锋，入选麻省理工科技评论评出的全球35名35岁以下创新者榜。
今年4月，他的团队在第47届日内瓦国际发明展上捧回特别嘉许金奖。
目前，该团队已开发大规模生产工艺，可被广泛用于海滩晒盐、印染污水处理、采油采气废水处理等多个水处理相关领域。
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放弃名校职位80后奶爸举家回国
一块漆黑的金属扔进海水里，海水就不再苦咸，可以喝了。这不是科幻小说，而是南京大学现代工程与应用科学学院朱嘉教授最新的研究成果。2013年9月，这位80后的奶爸放弃国外优厚的科研、生活环境，举家搬迁到南京，短短2年多时间，不仅取得了一系列科研成绩，还被学生们誉为最“抢手”老师。
朱嘉的教育履历令人羡慕：南京大学物理学本科、美国斯坦福大学电子工程系硕士和博士、加州大学伯克利分校和劳伦斯伯克利国家实验室博士后。
8年阳光明媚的西海岸生活、一双可爱的儿女、硅谷工作的夫人、约翰霍普金斯大学等美国名牌大学助理教授职位，对于朱嘉来说，最终作出回国决定是经过了慎重的考量。
“美国的科研体系成熟，而国内到处充满机遇。”朱嘉说，当他的导师、美国工程院院士张翔告诉他，母校南京大学正在打造全新工学院的时候，他有些动心，而当他收到南大邀请，回来看了一趟后，心里有了答案。
“现代工学院是一个国际化的示范学院，在人才政策、学科建设方面享有很大的自主权。”朱嘉介绍，比如，从国外回来的年轻学者可以自己搭建平台从事科研，而前辈的倾心交谈，领导的全方位支持，更是让他觉得振奋，“能和一个新生的学院一起成长令人兴奋，况且，南京是我曾经生活了4年的城市，是一个文化古都，从让孩子接受传统文化的角度来说，我也觉得非常理想。”
回国！在小二宝还不满3岁时，在夫人的支持下，朱嘉做出了这一决定。
“意外”收获“黑金”可高效率淡化海水
买仪器、建实验室、招学生，回国后的工作紧张忙碌。朱嘉经常是晚上帮夫人把两个孩子哄睡着后，再返回实验室。他作为首席科学家承担国家重点基础研究青年“973”项目，同时承担国家自然科学基金委面上项目、江苏省自然科学基金重点项目……
朱嘉的研究方向是新能源材料和器件，主攻太阳能的转换和存储。他把自己利用太阳能进行海水淡化的科研成果称为“意外收获”。
“在去年实验过程中，我们得到了一块黑色金属。”朱嘉说，他们反复研究发现，这块黑黑的玩意不仅可以吸收可见光，还可以吸收红外线，“波段在400纳米到10微米的光，99%以上都可以吸收。”朱嘉说。
那么，这块黑金又可以做什么呢？他想到了“海水淡化”。
他介绍，海水淡化通常是对海水加温，取得蒸馏水。这个过程中，能量消耗会非常多。其实，如果只加热水表面的一层分子，水在变成蒸汽的过程中，整体水温就可以维持不变。“这个黑金正好可以承担这样的工作，浮在水的表面，吸收太阳能并将其转化。”朱嘉介绍，这样一来，能量转化效率可达90%以上。
目前，这一研究成果已经申请了专利，相关论文也即将在国际顶级期刊上发表。“一旦应用，海上航行就再也不用为吃水的问题担心了。”朱嘉介绍，国内外多个企业对这一成果表示了极大兴趣，主动上门洽谈转化。
所带本科生顶级期刊发论文成最抢手老师
“科研做得好，学生带得也好。” 南大现代工学院执行院长陆延青介绍，每年报考研究生时，学生们都争相加入朱嘉的团队，他被学生们誉为最“抢手”老师。
“指导用心、易出成绩”是学生们对朱嘉的评价。朱斌是该团队中最早加入的学生，“那时候朱老师刚回国，我也刚读研究生，实验做得很不顺。”朱斌说，发现他的情绪不对后，老师主动约他吃饭，用在国外的亲身经历化解他的烦恼。两年多来，他们团队已经在国际顶级期刊上发了6篇高水平论文，其中一篇论文的第一作者是一位本科学弟；好几位学生凭借在该团队的科研经历，拿到了美国斯坦福大学、加州伯克利分校、耶鲁大学等诸多名校的读博机会和全额奖学金。
由于孩子上学，去年下半年，朱嘉搬到了仙林，每天要在鼓楼、仙林之间来回奔波约两个小时。“每天到家，孩子都已经睡了。只能在第二天早上上学前，陪他们一会儿。”朱嘉说，常常会觉得对夫人、孩子有很多愧疚。
“国内科研水平的提高，得益于前辈们过去二三十年来的不断奋斗、积累和改善。如果经过我们的努力，能够为后面的年轻人搭建更好的平台，并且吸引到更多世界顶尖的人才来我们国家，推动我国科研的发展和产业的升级，我觉得一切都值了。”朱嘉说。
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