引言
全球淡水短缺问题因人口增长、气候变化和水污染而日益加剧，同时新兴工业对水的需求也在迅速增长[1], [2], [3]。先进技术领域，包括人工智能数据中心、半导体制造、绿色电力和氢气生产以及锂提取，给有限的淡水资源带来了巨大压力，推动了高效、低碳、分散式水净化技术的迫切需求[4], [5], [6], [7], [8], [9], [10], [11]。传统海水淡化和水处理系统严重依赖集中式基础设施、持续电力输入、高品质热能或精密的膜和电化学模块，这极大地限制了它们在离网和资源受限场景中的适用性。太阳能驱动界面蒸发已成为一种有前景的分布式水生产策略[12], [13]，它将光热能量精确集中在空气-水界面，避免了对水体无效加热，并实现了高效的离网海水淡化[14], [15]。随着器件可扩展性、蒸汽收集技术、户外耐久性和标准化评估方案的持续进步，太阳能界面蒸发正在从实验室概念验证稳步迈向实用的大规模分散式供水[16], [17], [18]。
该领域的快速发展主要得益于光热材料和结构材料的创新[19], [20], [21], [22], [23], [24], [25], [26], [27], [28], [29], [30]，涵盖了天然生物质、水凝胶和气凝胶等多种多孔介质。尽管取得了这些进展，太阳能界面蒸发器本质上仍需要多孔结构以实现毛细水传输，这带来一个根本性瓶颈：在共享孔道内热、水和盐传输的竞争性耦合（图1a）。因此，在连续海水淡化过程中，持续的水蒸发导致界面处盐分逐渐富集，盐分回流无法完全补偿水分损失，最终导致盐过饱和、结晶和孔道堵塞[31]。由此导致的光吸收性能下降、蒸汽释放受阻和水传输中断严重恶化蒸发性能[32], [33]。通常，过大的宏通道有利于快速补水和盐分回流以实现稳定淡化，但不可避免地加剧了向水体中的热泄漏，牺牲了能量效率（图1b）[34]。相反，受限的微孔结构能维持有效的热约束和高蒸发效率，但在长期运行中盐分排出不足且盐垢迅速形成。
这种固有冲突源于通过相同孔道的向上毛细供水、向下热传导和盐分回流之间的竞争性耦合。大孔蒸发器以牺牲热效率为代价实现稳定的盐分管理，而微孔结构提供高初始蒸发速率，但因不可逆的盐堵塞而无法维持长期稳定性。这种随时间变化的性能退化是静态浮动蒸发器的普遍限制，限制了它们的实际部署（图1c）。更具体地说，几乎所有现有蒸发器都依赖具有固定传输特性的静态多孔结构，这些结构只能针对狭窄的工作条件范围进行优化，从根本上缺乏动态盐环境和热环境所需的适应能力。这一限制源于热定位与盐分排斥之间的内在冲突，这种冲突源于共享孔道内热、水和盐传输的竞争性耦合。尽管最近的研究探索了动态水门控和热响应蒸发器[35], [36], [37], [38]，但仍存在几个未解决的问题：水凝胶转变温度与太阳能蒸发界面的精确匹配、受限与开放传输状态之间的可逆切换，以及状态变化的定量描述[39], [40], [41], [42]。因此，我们提出由可切换孔结构实现的自适应调控有望打破这种静态权衡，实现最优折中[43], [44], [45]。如图1d所示的门控设计，初始时微通道传输保持高蒸发效率。当门打开时，产生宏孔，使蒸发器通过对流主导流快速冲洗积聚的盐分。因此，相对高效率和稳定性之间的动态平衡成为可能。
在这一动态调控原则和相关创新先例的指导下[46], [47], [48], [49]，本工作开发了一种具有自适应传输调控的热响应水凝胶门控蒸发器，能够动态协调热约束和盐传输。自适应蒸发器由具有宏观中心通道的微孔木材支架、碳布-碳纳米管光热层和PNIPAm-co-AAm水凝胶门控单元组成。AAm的引入将水凝胶的低临界溶解温度（LCST）从32 °C精确调节至42 °C，与太阳能蒸发的实际界面工作温度完美匹配。低于LCST时，完全溶胀的水凝胶封闭宏通道，从而将水传输限制在木材固有导管内，增强界面热定位，确保在低盐度条件下高效蒸发。随着持续蒸发，盐分积累削弱蒸发冷却，使界面温度升高至LCST以上，触发水凝胶脱水和收缩。重新开放的环形宏路径显著降低传输阻力，协同促进补水和盐分回流，以减轻盐结晶和结垢。与具有固定传输特性的静态蒸发器不同，所提出的热响应门控蒸发器实现了受限保温状态与开放排盐状态之间的可逆切换。自主的光暗自复位循环动态平衡了高蒸发效率和长期耐盐性[50], [51], [52], [53], [54]。本工作从根本上用智能、自适应的多场传输调控取代了传统静态权衡，为稳定、高性能太阳能驱动海水淡化提供了可行策略。
