【成果掠影 & 研究背景】

全球淡水資源短缺日益嚴(yán)峻，海水淡化是緩解危機(jī)的關(guān)鍵途徑。然而，傳統(tǒng)太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)（SDIE）受限于鹽結(jié)晶堵塞和熱損失問題，難以實(shí)現(xiàn)長期穩(wěn)定產(chǎn)水。本文報(bào)道了一種光響應(yīng)動態(tài)水門控蒸發(fā)器（PGE），通過仿生變色龍皮膚和荷葉效應(yīng)設(shè)計(jì)，結(jié)合光控智能涂層與多孔木材氣凝膠，實(shí)現(xiàn)了高效抗鹽海水淡化。實(shí)驗(yàn)表明，PGE在模擬海水中蒸發(fā)速率達(dá)2.71 kg/m2·h，經(jīng)8小時(shí)連續(xù)鹽溶液測試后仍保持2.3 kg/m2·h的高效產(chǎn)水，且表面無鹽積累。此外，其在20 wt%高鹽度溶液中仍能穩(wěn)定運(yùn)行，并具備光熱發(fā)電耦合潛力，為可持續(xù)海水淡化提供了新范式。

【創(chuàng)新點(diǎn) & 圖文摘要】

創(chuàng)新點(diǎn)：

• 光控動態(tài)水門機(jī)制

  通過螺吡喃（SP）光異構(gòu)化實(shí)現(xiàn)親疏水切換，黑暗中（MC狀態(tài)）形成超親水通道主動排鹽，光照下（SP狀態(tài)）恢復(fù)疏水屏障阻隔鹽沉積（圖1c）。

• 仿生雙層級結(jié)構(gòu)

  頂部光控層（AOA-SP/CNT）與底部親水層（CNT@WA）協(xié)同優(yōu)化傳熱與傳質(zhì)，蒸汽擴(kuò)散阻力降低40%（圖2d）。

• 光熱-抗菌協(xié)同效應(yīng)

  CNT增強(qiáng)光吸收（太陽吸收率>95%），表面季銨鹽修飾賦予廣譜抗菌性，大腸桿菌滅活率達(dá)99.9%（圖3d）。

• 高鹽選擇性分離

  對Na?/Mg2?選擇性達(dá)120倍，歸因于MC構(gòu)型與水合離子的強(qiáng)靜電排斥（圖5e）。

• 極端環(huán)境耐受性

  耐受pH 1-13溶液，油污（甲苯/大豆油）覆蓋下仍維持初始蒸發(fā)速率的98%（圖7e）。

Fig. 1 | PGE工作原理：a) 動態(tài)排鹽機(jī)制；b) 傳統(tǒng)木基蒸發(fā)器鹽累積；c) 光控親疏水切換示意圖。

Fig. 2 | PGE結(jié)構(gòu)表征：a) 制備流程；b) 表面形貌；c,d) 橫縱截面SEM；e,f) AFM粗糙度分析。

Fig. 3 | 光響應(yīng)性能：a) 智能涂層化學(xué)結(jié)構(gòu)；b) 紫外可見光譜；c) 接觸角變化；d) 光致變色實(shí)物圖。

Fig. 4 | 蒸發(fā)性能：a) 蒸發(fā)裝置示意圖；b) 產(chǎn)水速率對比；c) 12次循環(huán)穩(wěn)定性；d) 中間水占比分析。

Fig. 5 | 抗鹽機(jī)制：a) 鹽累積對比；b) 鹽溶解過程；c) 理論計(jì)算氫鍵強(qiáng)度；d) Marangoni流促進(jìn)排鹽。

Fig. 6 | 戶外驗(yàn)證：a) 實(shí)驗(yàn)裝置；b) 8小時(shí)產(chǎn)水曲線；c) 多污染物耐受性測試。

【總結(jié) & 原文鏈接】

本研究通過光響應(yīng)材料創(chuàng)新與仿生結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，突破了傳統(tǒng)SDIE技術(shù)的鹽積累瓶頸。PGE在動態(tài)光控下實(shí)現(xiàn)高效排鹽與自清潔，其一體化設(shè)計(jì)兼具高蒸發(fā)速率、抗污染與產(chǎn)電潛力，為低成本、可持續(xù)的海水淡化提供了重要技術(shù)支撐。未來可通過規(guī)模化制備與光伏-熱能集成，推動沙漠/海洋場景下的淡水供給革命。

原文鏈接: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65018-1

聲明：以上內(nèi)容僅反映作者個(gè)人見解，鑒于作者學(xué)識所限，若存有不嚴(yán)謹(jǐn)之處，請后臺留言指正！

熱忱歡迎各位學(xué)術(shù)界同仁分享或提交關(guān)于光-熱-電能源利用、表界面化學(xué)的相關(guān)資訊、研究成果及文章，攜手共促領(lǐng)域的繁榮前行：grdn_connect@163.com (推廣合作同號)