霍夫迈斯特效应增强GO/CNFs双层水凝胶：高效太阳能驱动海水淡化与长期稳定性研究

针对太阳能界面蒸发(SDIE)技术中蒸发效率低、盐耐受性差及长期稳定性不足等问题，研究人员创新性地利用霍夫迈斯特效应调控GO/CNFs双层各向异性水凝胶(DPGCH)的 hydration 性能。该研究通过定向结构设计结合PVA增强框架，实现了纯水中3.44?kg?m?2?h?1（效率92.9%）和高盐海水(20?wt%)中2.85?kg?m?2?h?1的稳定蒸发速率，为海水淡化提供了高效、可扩展的解决方案。

　　

论文解读

背景与挑战
全球淡水短缺危机日益严峻，而传统海水淡化技术如反渗透和多级闪蒸存在高能耗、低效率等问题。太阳能驱动界面蒸发(SDIE)因其低碳环保特性成为研究热点，但现有技术仍面临蒸发效率不足、盐结晶堵塞和材料稳定性差等瓶颈。尤其在高盐度海水中，光吸收层性能衰减和水分传输受阻严重制约实际应用。

研究突破
东北林业大学团队在《Desalination》发表研究，提出基于霍夫迈斯特效应(Hofmeister effect)调控的GO/CNFs双层各向异性水凝胶(DPGCH)。通过定向冷冻技术构建垂直排列的孔道结构，GO层实现97.3%的宽谱光吸收，CNFs层提供机械支撑；PVA交联网络增强耐久性，而Cl^?离子通过降低蒸发焓显著提升性能。

关键技术

1. 定向冷冻法构建各向异性孔道
2. 离子调控水合状态（霍夫迈斯特效应）
3. 多材料复合（GO/CNFs/PVA）界面设计
4. 模拟海水(3.5-20?wt%)循环稳定性测试

研究结果

材料与结构表征
SEM显示DPGH（PVA/GO）具有叶片状垂直层状结构，孔径20-50?μm；DPCH（PVA/CNF）呈现蜂窝状多孔网络。XRD证实GO的(002)晶面衍射峰消失，表明PVA成功插入GO层间。

蒸发性能
在1?kW?m^?2光照下：

• 纯水蒸发速率达3.44?kg?m^?2?h^?1（效率92.9%）
• 3.5?wt%盐水提升至4.39?kg?m^?2?h^?1（归因于离子水合作用）
• 20?wt%高盐环境仍保持2.85?kg?m^?2?h^?1（仅比纯水下降17%）

长期稳定性
经历8次循环后性能衰减<5%，盐结晶被限制在边缘区域，中心蒸发区保持无盐状态。

结论与意义
该研究通过仿生结构设计和离子效应协同调控，首次将霍夫迈斯特效应引入SDIE领域。DPGCH在维持高蒸发速率的同时突破高盐环境限制，其模块化制备工艺（冻干耗时<12?h）具备工业化潜力。为偏远地区淡水供应和海洋资源利用提供了新材料范式，相关机制可拓展至其他膜分离技术。

（注：全文数据与结论均源自原文，未添加外部引用）