文献分享397：通过表面图案化增强抗菌海藻酸钠基多孔水凝胶的抗盐性和全天候高效太阳界面蒸发

本期分享发表在Carbohydrate Polymers杂志上题目为“Enhancing salt resistance and all-day efficient solar interfacial evaporation of antibacterial sodium alginate-based porous hydrogels via surface patterning”的研究文章。

Part 1 文章简介

全生物基太阳能驱动的界面蒸发器具有环境友好的优点，但实现全天高效蒸发、良好的抗盐性和优异的抗菌性能仍然是一个重大挑战。本研究以海藻酸钠（SA）为基质，纸浆纤维（PF）为增强材料，制备了一种具有核壳结构的全生物基多孔水凝胶。SA 与 Cu2+ 离子交联赋予蒸发器优异的抗菌性能。在水凝胶芯中，SA 形成垂直排列的层状孔结构，PF 在层间提供支撑，使蒸发器具有良好的机械性能、水输送能力和隔热性能。SA 形成的致密表层含有 CuS 纳米颗粒，具有很高的光热转换效率。表面构建的梯形图案可使蒸发速率提高14%，并通过马兰戈尼效应增强其抗盐性，使蒸发器在15wt%盐溶液中保持2.42kgm-2h-1的蒸发速率。此外，梯形图案在低入射角下使蒸发速率提高37.5%，实现全天候高效蒸发。制备的水凝胶在海水淡化应用方面展现出巨大的潜力。

‍ Part 2 主要图表

图1是(a) 多孔水凝胶蒸发器的制备过程。(b) SP-F 核心结构的 SEM 图像。(c) SP-F 表面层的 SEM 横截面图像。(d–e) SP-F 表面及其放大视图的 SEM 图像。(f) SP-F 表面的 EDS 映射。(g) SP-F 核心的 EDS 映射。(h) SP-P 表面梯形图案的光学显微镜图像，标明了梯形的具体尺寸。(i) 蒸发器形貌示意图。

图2是(a) SP-F、SP-P 和 SP-Cu 的 UV–Vis-NIR 光谱，其中曲线代表 AM 1.5G 太阳光谱。(b) 样品的热导率。(c) 1.0 太阳辐射下干燥样品的表面温度变化曲线。(d) 1.0 太阳辐射下 30 分钟后 SP-F 和 SP-P 表面的红外热像。虚线框代表样品的轮廓。(e) 干燥样品的压缩应力-应变曲线。(f) 60% 压缩变形和恢复后润湿的 SP-F 的照片。(g) 不同样品的接触角测试照片。(h) 从不同样品顶面吸水的滤纸照片。

图3是(a) SP-F在1.0个太阳光和黑暗条件下的质量变化和蒸发速率。(b) 不同太阳光强度下SP-F的质量变化和蒸发速率。(c) 不同太阳光强度下SP-F的表面温度变化曲线。(d) SP-F和纯水的DSC曲线。(e) 1.0个太阳光下，不同浓度盐水中SP-F的质量变化和蒸发速率。(f) 1.0个太阳光下，SP-F在10wt%盐水中浸泡12小时的蒸发速率，插图为蒸发前后样品的照片。(g) 1.0个太阳光下SP-F表面盐溶解和颜色变化的照片。(h) Cu2+交联SA在40°C不同浓度盐溶液中浸泡7天的质量损失和(i)表面SEM图像。

图4是(a)1.0个太阳光照射下SP-P和SP-F的质量变化和蒸发速率。(b)不同太阳光强度下SP-P的质量变化和蒸发速率。(c)SP-P的蒸发速率和蒸发效率与以前报道的蒸发器的比较。(d)1.0个太阳光照射下SP-F在不同浓度盐水中的质量变化和蒸发速率。(e)1.0个太阳光照射下SP-P在10wt%盐水中12小时的蒸发速率，插图为SP-P蒸发前后的照片。(f)1.0个太阳光照射下SP-P表面盐溶解和颜色变化的照片。(g)1.0个太阳光照射下SP-P表面梯形图案不同位置的温度变化曲线。(h)SP-P表面诱导的Marangoni效应示意图。

图5是（a）0.5个太阳光强度下，太阳光入射角对SP-F和SP-P蒸发速率的影响。（b）1.0个太阳光强度下，太阳光入射角对SP-F和SP-P蒸发速率的影响。（c）不同太阳光强度和入射角下SP-P和SP-F的蒸发速率比（RER）。（d）15°太阳光入射角下SP-F表面以及SP-P表面梯形图案顶部、侧面和底部的温度变化曲线。（e）90°太阳光入射角下SP-F表面以及SP-P表面梯形图案顶部、侧面和底部的温度变化曲线。（f）不同太阳入射角下SP-P和SP-F表面的红外热像。 （g）示意图显示 SP-P 表面的梯形图案如何导致更高的蒸发界面温度。

图6是(a) 用于培养大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的琼脂平板照片。(b) SP-P 对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性。(c) 质量损失和 (d) SP-P 在海藻酸钠裂解酶和纤维素酶溶液中浸泡 15 天前后溶液的照片。CG 代表对照组数据。(e) SP-P 蒸发器在河水中浸泡不同天数的照片。

图7是(a) SP-F 和 SP-P 蒸发器在室外蒸发 3.5wt% 盐溶液时的照片。在蒸发过程中，室外 (b) 太阳辐照度、(c) 环境温度和相对湿度以及 (d) 蒸发器的表面温度。(e) SP-F 和 SP-P 蒸发器在室外蒸发过程中不同时间间隔的产水率和 (f) 累计产水量。(g) 3.5wt% NaCl 溶液和 SP-P 蒸发产生的水的离子浓度。

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2025.123588

引用：Li, Yanzi, et al. "Enhancing salt resistance and all-day efficient solar interfacial evaporation of antibacterial sodium alginate-based porous hydrogels via surface patterning." Carbohydrate Polymers (2025): 123588.

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