基于多尺度协同优化的GO基膜/水凝胶Janus蒸发器实现高效抗盐太阳能海水淡化

本文报道了一种通过多尺度热质协同优化策略构建的PGO-Ag/PVA-PAM水凝胶Janus蒸发器。该研究在纳米尺度通过酸蚀刻制备多孔氧化石墨烯（PGO）提升光捕获能力，并嵌入Ag-NH2纳米颗粒引发局域表面等离子体共振（LSPR），实现98.16%的太阳光吸收率；在宏观尺度采用PVA-PAM水凝胶基底作为热屏障和水通道，结合中心蒸发死区消除设计，最终获得2.06 kg m-2 h-1的高蒸发速率和91.93%的光热转换效率，在15 wt%高盐度下仍保持稳定性能。

　　

Highlight

本研究通过多尺度协同热质传输优化策略，开发出高性能PGO-Ag/PVA-PAM水凝胶Janus蒸发器。纳米尺度上，选择性蚀刻GO纳米片产生的多孔石墨烯氧化物（PGO）兼具宽带光陷阱功能和快速水传输通道；嵌入的Ag-NH₂纳米颗粒通过局域表面等离子体共振（LSPR）效应将表面温度提升至63.9°C。宏观尺度上，PVA-PAM水凝胶基底作为"热屏障+水通道"双功能层，配合中心蒸发死区消除设计，实现"减材增效"的创新理念。

Preparation of PGO nanosheets, GO and PGO-Ag membrane

如图1所示，制备多孔PGO纳米片时，将2 mg mL^-1的GO分散液在冰水浴中超声处理2小时，随后按1:10体积比加入HNO₃蚀刻剂，1000 r min^-1磁力搅拌3小时后离心纯化。通过真空过滤法制备的PGO-Ag复合膜展现出独特的层间等离子体增强效应。

Characterization of morphology

透射电镜（TEM）证实HNO₃蚀刻成功在GO纳米片上构建了纳米级孔隙（图S1）。与原始GO膜相比，PGO-Ag复合膜表面呈现更密集的褶皱结构和均匀分布的Ag纳米颗粒，XPS分析显示Ag 3d特征峰证实了纳米颗粒的成功负载。

Conclusion

这项工作通过从纳米孔隙到宏观架构的多尺度协同工程，最终使PGO-Ag-H1.5蒸发器实现超过2.0 kg m^-2 h^-1的蒸发速率。该策略生动诠释了"少即是多"的设计哲学——通过精准的"材料减法"和"功能加法"，为下一代太阳能脱盐系统提供了创新范式。