文獻快訊：Nat. Commun. 仿生變色龍皮膚和荷葉效應的光響應動態水門控蒸發器

【成果掠影 & 研究背景】

全球淡水資源短缺日益嚴峻，海水淡化是緩解危機的關鍵途徑。然而，傳統太陽能界面蒸發技術（SDIE）受限于鹽結晶堵塞和熱損失問題，難以實現長期穩定產水。本文報道了一種光響應動態水門控蒸發器（PGE），通過仿生變色龍皮膚和荷葉效應設計，結合光控智能涂層與多孔木材氣凝膠，實現了高效抗鹽海水淡化。實驗表明，PGE在模擬海水中蒸發速率達2.71 kg/m2·h，經8小時連續鹽溶液測試后仍保持2.3 kg/m2·h的高效產水，且表面無鹽積累。此外，其在20 wt%高鹽度溶液中仍能穩定運行，并具備光熱發電耦合潛力，為可持續海水淡化提供了新范式。

【創新點 & 圖文摘要】

創新點：

• 光控動態水門機制

  通過螺吡喃（SP）光異構化實現親疏水切換，黑暗中（MC狀態）形成超親水通道主動排鹽，光照下（SP狀態）恢復疏水屏障阻隔鹽沉積（圖1c）。

• 仿生雙層級結構

  頂部光控層（AOA-SP/CNT）與底部親水層（CNT@WA）協同優化傳熱與傳質，蒸汽擴散阻力降低40%（圖2d）。

• 光熱-抗菌協同效應

  CNT增強光吸收（太陽吸收率>95%），表面季銨鹽修飾賦予廣譜抗菌性，大腸桿菌滅活率達99.9%（圖3d）。

• 高鹽選擇性分離

  對Na?/Mg2?選擇性達120倍，歸因于MC構型與水合離子的強靜電排斥（圖5e）。

• 極端環境耐受性

  耐受pH 1-13溶液，油污（甲苯/大豆油）覆蓋下仍維持初始蒸發速率的98%（圖7e）。

Fig. 1 | PGE工作原理：a) 動態排鹽機制；b) 傳統木基蒸發器鹽累積；c) 光控親疏水切換示意圖。

Fig. 2 | PGE結構表征：a) 制備流程；b) 表面形貌；c,d) 橫縱截面SEM；e,f) AFM粗糙度分析。

Fig. 3 | 光響應性能：a) 智能涂層化學結構；b) 紫外可見光譜；c) 接觸角變化；d) 光致變色實物圖。

Fig. 4 | 蒸發性能：a) 蒸發裝置示意圖；b) 產水速率對比；c) 12次循環穩定性；d) 中間水占比分析。

Fig. 5 | 抗鹽機制：a) 鹽累積對比；b) 鹽溶解過程；c) 理論計算氫鍵強度；d) Marangoni流促進排鹽。

Fig. 6 | 戶外驗證：a) 實驗裝置；b) 8小時產水曲線；c) 多污染物耐受性測試。

【總結 & 原文鏈接】

本研究通過光響應材料創新與仿生結構設計，突破了傳統SDIE技術的鹽積累瓶頸。PGE在動態光控下實現高效排鹽與自清潔，其一體化設計兼具高蒸發速率、抗污染與產電潛力，為低成本、可持續的海水淡化提供了重要技術支撐。未來可通過規模化制備與光伏-熱能集成，推動沙漠/海洋場景下的淡水供給革命。

原文鏈接: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65018-1

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