引言
随着全球人口增长、工业化加速以及气候变化对水循环的持续干扰，淡水短缺正从局部供水问题演变为制约可持续发展的全球性挑战。已有研究表明，水资源短缺并非仅仅源于淡水总量不足，而更多与淡水资源的时空分布不均、长期地下水过度开采以及农业、工业和城市地区不断增长的用水需求密切相关。据报道，全球约有40亿人每年至少有一个月面临严重的水资源短缺[1], [2]。Jasechko等人基于全球17万口地下水井和近1700个含水层的数据进一步揭示，许多地区的地下水位正在快速下降，尤其是在干旱农业区[3]。因此，开发适用于离网和资源有限地区的低能耗、低成本淡水生产技术具有重要意义。太阳能驱动的界面蒸发能够直接利用太阳能，并将光热转化局域化在空气/水界面，从而减少因水体整体加热而导致的无效热损失[4], [5], [6], [7], [8]。除了常规淡水生产外，近年来的研究进一步将太阳能驱动界面蒸发拓展至多功能水处理、资源回收以及水-能耦合收集等领域，例如蒸发驱动发电、重金属去除、离子富集/回收以及太阳能辅助清洁水生产[9], [10], [11], [12], [13], [14]。这些进展表明，太阳能蒸发器的设计不仅应关注蒸发速率，还应考虑耐盐性、水质、污染物截留、结构稳定性及其对复杂水环境的适应性。
高效太阳能界面蒸发器的构建不仅依赖于光热材料本身，还取决于光吸收、水传输、热管理和耐盐稳定性之间的协同优化[15], [16]。已有研究表明，理想的蒸发器应具备宽带太阳光吸收、连续供水通道、有效的界面热局域化以及盐反扩散能力[17], [18], [19]。为满足这些要求，构建三维多孔结构是一种有效策略，因为它可以在一个连续框架内整合供水、蒸汽逸出、热约束和盐传输功能。
气凝胶结构具有高孔隙率、低密度、可调孔道和优异的毛细供水能力，已成为太阳能界面蒸发器的重要结构平台[20], [21], [22]。其相互连通的内部通道不仅有利于连续水传输，还为盐离子反扩散提供了路径，从而减轻高盐条件下的盐结晶和孔道堵塞问题[23]。在各种体系中，纤维素纳米纤维/石墨烯基复合材料代表了一类典型的气凝胶蒸发器：CNF提供亲水骨架和连续水传输通道[24], [25], [26]，而GO还原形成的rGO网络赋予材料宽带光吸收和光热转化能力[27], [28]。例如，Li等人构建的rGO/CNF气凝胶在1个太阳辐照下实现了3.19 kg m?2 h?1的蒸发速率和114.3%的表观效率[29]。Luo等人通过定向冷冻制备了CNF/rGO气凝胶，实现了1.651 kg m?2 h?1的蒸发速率和14.38 kg m?2的日产水量[30]。这些研究表明，CNF/rGO气凝胶是构建界面蒸发器的有效基础体系。然而，现有研究主要集中于调控孔道取向、碳相含量和光热网络分布，而对气凝胶内部微尺度隔热单元以及亲水/疏水界面之间的相容性关注不足。
共轭微孔聚合物空心微球为进一步优化气凝胶蒸发器的热管理和界面结构提供了新的机遇[31]。CMP具有高度交联的π共轭骨架、丰富的孔结构和良好的化学稳定性[32], [33], [34], [35]。其空心微球结构可以引入低热导率的空腔，增加局部热阻，有助于界面热局域化。已有研究表明，CMP空心微球可与石墨烯、MXene或相变材料结合，以改善蒸发器的光热转化、隔热和持续蒸发能力[36], [37], [38]。然而，原始CMP空心微球通常富含芳环和炔烃结构，导致其具有较强的疏水性和低表面能。尽管这种疏水特性可能有助于保持空气填充的空心区域和局部热阻，但它削弱了CMP与亲水性CNF基体之间的界面结合，导致分散不均匀、水传输连续性下降，甚至产生局部传质阻力。因此，在保留CMP空心微球内部疏水空腔和隔热优势的同时，改善其外表面的亲水性和界面相容性，是构建基于CMP的气凝胶蒸发器的关键问题。
在此，我们提出一种CNF-CMP-PDA-rGO复合气凝胶蒸发器，其中引入PDA改性的CMP空心微球来调控界面润湿性，同时通过其空心结构潜在地增强热管理。首先，以SiO?微球为硬模板，通过3,6-二溴咔唑与1,3,5-三乙炔基苯之间的Sonogashira-Hagihara偶联反应合成了咔唑基CMP空心微球。随后，利用聚多巴胺的通用粘附性和丰富的亲水官能团进行原位表面改性[39], [40]，得到外表面亲水化的CMP-PDA空心微球。然后将CMP-PDA和GO掺入纤维素纳米纤维基体中，经液氮辅助铜柱定向冷冻和原位水合肼蒸气还原，制备出具有有序孔道的CNF-CMP-PDA-rGO复合气凝胶。在该复合体系中，GO纳米片随后被肼蒸气还原形成基于rGO的宽带光热网络，而CNF骨架和有序通道提供连续毛细供水和盐离子反扩散路径。同时，CMP-PDA空心微球通过亲水相容外表面和隔热内部空腔的协同作用，改善了界面稳定性并有助于湿态热管理。为评估CMP-PDA空心微球在复合气凝胶中的作用，我们研究了它们对光吸收、润湿性、热导率、水传输、耐盐性、循环稳定性和废水净化的影响。与CNF-rGO相比，CNF-CMP-PDA-rGO气凝胶在保持有效水传输的同时表现出更低的湿态热导率，证明了PDA改性CMP空心微球在太阳能驱动界面蒸发中平衡润湿性和热管理的潜力。
