生物质基三维太阳能界面蒸发器：高效淡水生产与持续发电的双功能突破

针对传统太阳能蒸发器盐积累、热耗散和材料可扩展性等问题，研究人员开发出生物质衍生的三维气凝胶双功能蒸发器(C/SA/T-CuS)，实现3.87 kg m?2 h?1蒸发速率和222.6 mV开路电压，通过–COOH/C–OH功能化微通道的Na+选择性传输机制同步解决淡水短缺与能源危机。

　　

全球淡水资源危机与能源短缺正形成双重挑战，传统海水淡化技术面临高能耗、盐结晶和热损失等瓶颈。当前太阳能界面蒸发(SDIE)技术虽能利用可再生能源，但二维结构蒸发效率有限，且多数系统忽视蒸发过程中产生的低品位电能。更棘手的是，生物质蒸发器依赖天然材料固有特性，往往需要添加昂贵聚合物实现隔热浮力，严重制约其商业化应用。

针对这些难题，国内研究人员通过创新设计开发出革命性的双功能蒸发系统。这项发表于《Journal of Energy Chemistry》的研究，首次将废弃棉纤维(CF)与海藻酸钠(SA)结合，构建具有异质结构的C/SA/T-CuS三维气凝胶蒸发器。该系统巧妙融合超疏水内层(C/SA/VTMS)的隔热浮力特性与亲水光热外层的快速输水能力，突破蒸发效率与能量损失的权衡限制。

研究采用溶剂置换-中和反应制备三维多孔骨架，结合分子动力学模拟揭示离子传输机制。关键创新在于：1）利用硅烷改性构建超疏水内层实现自发浮选；2）通过CuS纳米颗粒增强光热转化；3）在–COOH/C–OH功能化微通道中建立Na⁺选择性传输梯度。实验样本采用3.5 wt% NaCl溶液模拟海水环境。

【结构设计】分层异质结构实现功能解耦：底部超疏水气泡层（接触角152°）提供0.028 W m^?1 K^?1的超低导热系数，顶部光热层通过微米级孔道实现2.8 ms^?1的毛细输水速度。

【蒸发性能】在1 sun照射下达到3.87 kg m^?2 h^?1的创纪录蒸发速率，较传统二维蒸发器提升217%，连续工作120小时无盐结晶。

【发电机制】离子梯度产生的流势效应形成持续电势，开路电压达222.6 mV，5个串联单元可点亮LED灯（1.27 V）。分子模拟显示Na⁺在羧基通道的迁移率是Cl^?的3.2倍。

【可扩展性】全部采用废弃棉纤维等生物质原料，通过冷冻干燥等常压工艺实现低成本制造，单件材料成本低于0.5美元。

该研究开创性地将海水淡化与可再生能源生产集成于单一平台，其科学价值体现在三方面：首先，阐明离子选择性传输与流势效应的协同机制；其次，建立生物质材料微结构调控的新范式；最重要的是，为联合国可持续发展目标(SDGs)中清洁饮水和可再生能源的协同实现提供可行路径。这种"一石二鸟"的设计思路，为应对全球资源危机提供了兼具学术创新与工程实用性的解决方案。