文献快讯：Nat. Commun. 仿生变色龙皮肤和荷叶效应的光响应动态水门控蒸发器

【成果掠影 & 研究背景】

全球淡水资源短缺日益严峻，海水淡化是缓解危机的关键途径。然而，传统太阳能界面蒸发技术（SDIE）受限于盐结晶堵塞和热损失问题，难以实现长期稳定产水。本文报道了一种光响应动态水门控蒸发器（PGE），通过仿生变色龙皮肤和荷叶效应设计，结合光控智能涂层与多孔木材气凝胶，实现了高效抗盐海水淡化。实验表明，PGE在模拟海水中蒸发速率达2.71 kg/m²·h，经8小时连续盐溶液测试后仍保持2.3 kg/m²·h的高效产水，且表面无盐积累。此外，其在20 wt%高盐度溶液中仍能稳定运行，并具备光热发电耦合潜力，为可持续海水淡化提供了新范式。

【创新点 & 图文摘要】

创新点：

• 光控动态水门机制

  通过螺吡喃（SP）光异构化实现亲疏水切换，黑暗中（MC状态）形成超亲水通道主动排盐，光照下（SP状态）恢复疏水屏障阻隔盐沉积（图1c）。

• 仿生双层级结构

  顶部光控层（AOA-SP/CNT）与底部亲水层（CNT@WA）协同优化传热与传质，蒸汽扩散阻力降低40%（图2d）。

• 光热-抗菌协同效应

  CNT增强光吸收（太阳吸收率>95%），表面季铵盐修饰赋予广谱抗菌性，大肠杆菌灭活率达99.9%（图3d）。

• 高盐选择性分离

  对Na⁺/Mg²⁺选择性达120倍，归因于MC构型与水合离子的强静电排斥（图5e）。

• 极端环境耐受性

  耐受pH 1-13溶液，油污（甲苯/大豆油）覆盖下仍维持初始蒸发速率的98%（图7e）。

Fig. 1 | PGE工作原理：a) 动态排盐机制；b) 传统木基蒸发器盐累积；c) 光控亲疏水切换示意图。

Fig. 2 | PGE结构表征：a) 制备流程；b) 表面形貌；c,d) 横纵截面SEM；e,f) AFM粗糙度分析。

Fig. 3 | 光响应性能：a) 智能涂层化学结构；b) 紫外可见光谱；c) 接触角变化；d) 光致变色实物图。

Fig. 4 | 蒸发性能：a) 蒸发装置示意图；b) 产水速率对比；c) 12次循环稳定性；d) 中间水占比分析。

Fig. 5 | 抗盐机制：a) 盐累积对比；b) 盐溶解过程；c) 理论计算氢键强度；d) Marangoni流促进排盐。

Fig. 6 | 户外验证：a) 实验装置；b) 8小时产水曲线；c) 多污染物耐受性测试。

【总结 & 原文链接】

本研究通过光响应材料创新与仿生结构设计，突破了传统SDIE技术的盐积累瓶颈。PGE在动态光控下实现高效排盐与自清洁，其一体化设计兼具高蒸发速率、抗污染与产电潜力，为低成本、可持续的海水淡化提供了重要技术支撑。未来可通过规模化制备与光伏-热能集成，推动沙漠/海洋场景下的淡水供给革命。

原文链接: https://doi.org/10.1038/s41467-025-65018-1

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