在当代，日益严重的全球水资源短缺危机已成为最紧迫的挑战之一[[1], [2], [3], [4], [5]]。世界人口的指数级增长，加上工业和农业领域的迅速扩张，导致了对淡水的需求不断增长[[6], [7], [8], [9]]。不幸的是，可用的淡水资源不仅有限，而且在全球分布也不均匀[10,11]。这种差异促使人们寻找替代水源，而海水淡化因其海洋的广阔性而成为一个有前景的解决方案。传统的海水淡化方法，如多级闪蒸[12]和反渗透[13]，通常能耗高且对环境有显著影响。针对这些限制，界面蒸发技术应运而生[14,15]。该技术利用了液-气界面的独特性质，实现了局部加热和高效的水蒸发。通过将热量集中在蒸发表面，界面蒸发可以在相对较低的能耗下实现高效的海水淡化，使其成为可持续海水淡化的有吸引力的选择。
随着界面蒸发技术的兴起，人们进行了大量研究以提升其性能[[16], [17], [18], [19]]。科学家们探索了多种材料和结构，以优化界面蒸发系统的光吸收、光热转换和水传输性能[[20], [21], [22], [23]]。基于碳的材料，如石墨烯[24]和碳纳米管[25]，因其出色的光捕获能力和高热导率而被广泛研究。基于金属的材料，如金属泡沫[26,27]，也因其较大的表面积和高效的热传导特性而被使用。然而，大多数关于界面蒸发技术的现有研究都集中在常温海水上。这些系统是在相对温和的温度条件下设计和优化的，当应用于低温海水时，其性能会显著下降。低温下的低蒸发速率仍然是限制界面蒸发技术在寒冷地区实际应用的主要瓶颈。
在高纬度地区，如北极和南极，海水丰富，但处于寒冷甚至冰冻状态[28,29]。这些地区面临独特的水资源供应挑战，因为海水的低温使得传统淡化方法极其低效。将冷水加热到适合蒸发的温度所需的能量非常高，而缓慢的蒸发速率进一步加剧了这一问题[30]。开发适用于冰冷海水的有效淡化技术对这些地区的可持续发展至关重要。它可以为当地社区、科研站和未来的探索活动提供可靠的淡水来源。此外，解决冰冷海水淡化的挑战可以扩大界面蒸发技术的应用范围，并为缓解全球水资源短缺危机做出贡献。
鉴于现有界面蒸发技术的局限性以及冰冷海水淡化的迫切需求，本研究旨在开发一种新型的界面蒸发系统。我们提出了一种基于负载有多巴胺（PDA）和氧化石墨烯的钴泡沫的复合材料系统。选择钴泡沫是经过深思熟虑的。其三维多孔结构为PDA和氧化石墨烯的沉积提供了较大的表面积，促进了高效的水传输。此外，其高热导率确保了快速的热量传递给冰冷海水。PDA作为粘合剂，增强了氧化石墨烯与钴泡沫之间的粘附力，同时提高了复合材料的表面亲水性，促进了水的扩散和蒸发。氧化石墨烯凭借其出色的光吸收和光热转换性能，即使在低温下也能高效地将阳光转化为热量。通过一系列室内实验和室外测试，我们将评估该系统的蒸发速率、能源效率和长期稳定性。该界面蒸发系统在室外条件下的日淡水收集量可达11.18 L·m?2·d?1，足以满足6名成年人的日常饮用水需求，并且在一周内保持稳定。本研究的结果有望为冰冷海水淡化提供一种新的有效解决方案，为高纬度地区的实际应用铺平道路。
