对水资源短缺的日益关注导致了对先进水净化技术的研究兴趣的增加。太阳能净水利用太阳能通过蒸发分离水和杂质，利用可持续能源和潜在的淡水资源来缓解水资源短缺。然而，太阳能水蒸发去除杂质的基本过程是能源密集型的。太阳能吸收不足和热损失限制了水蒸气的生成速率，从而降低了纯水收率。因此，开发新型材料平台，同时提供高的太阳能吸收，有效的能源利用，以及低的水蒸发的能源需求，以实现太阳能水在自然光照下的高效净化。
美国德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华团队从材料选择、分子工程和结构设计等方面综述了近年来国内外在水凝胶型太阳能净水器方面的研究进展。首先，介绍了由自由水、中间水和束缚水组成的水凝胶中独特的水状态，其中中间水减少了水蒸发的能量需求。然后描述了以水凝胶为基础的太阳能蒸发器的设计原则，其中聚合物网络的设计来调节水的状态。水凝胶中的水状态决定了水的蒸发行为。因此，水凝胶聚合物网络可以被设计成调节水的状态，从而进一步降低水的蒸发焓。进一步讨论了高效水蒸气生成的水凝胶净水器的合成设计策略。通过整合聚合物网络太阳能吸收器,将太阳能转化成热能蒸发出聚合物网络中的水，协调太阳能吸收器与水凝胶的强相互作用控制微观结构的形成,减少能量损失,确保足够的水蒸发。通过水凝胶表面的工程设计促进水的蒸发，进一步提高太阳能的蒸发效率。
水凝胶净化系统具有很高的太阳热转换效率，高SVG率和效率，适当的水传输可以通过改变主要的聚合物基质和不同的太阳能吸收器来控制。通过调节聚合物网络和水分子之间的相互作用，可以调节水的状态来降低水蒸发所需的能量。此外，可以通过改变水凝胶蒸发器的表面形貌来影响水的蒸发，提高热流密度。水凝胶蒸发器除具有防污功能外，还具有良好的长期稳定性和耐久性，在实际应用中有很大的潜力。
但是，在提高水凝胶太阳能蒸发器的优势方面仍存在巨大的挑战和机遇。例如，对水凝胶基本蒸发机理的理解仍然是一个有待进一步探索的挑战。水凝胶型太阳能蒸发器在恶劣条件下的稳定性和耐久性需要改进，才能在实际应用中稳定地输送洁净水。进一步的基础研究需要从能量和质量输运的更深层次揭示水蒸发的基本机理以及水凝胶蒸发界面的分子扩散动力学，进一步降低水蒸发的能量需求。潜在的策略包括聚合物网络的合理架构，以及水凝胶表面的改性。未来的努力还可能致力于优化水凝胶材料，以实现更高的水产量。
总之，要保证纯净水的高质量。不局限于去除盐和重金属离子，还应有效去除有害污染物，如细菌和有机物，以确保产出水的高质量。开发具有双重甚至多重功能的太阳能一体化蒸发器是很有前途的。在SVG过程中引入其他功能材料可以帮助去除水中的污染物，如重金属离子、细菌和挥发性有机化合物。太阳能水凝胶蒸发器的热定位和热梯度将为热电联产提供新的思路。
论文链接 https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.accounts.9b00455
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