文献前沿| Nat. Commun. ：双重调控木质素生物质框架实现高效耐盐太阳能海水淡化

界面太阳能蒸发是应对全球淡水危机的有效方案，但现有木质蒸发器常面临水分管理不佳与光热转换效率受限的挑战。针对此问题，本文开发了一种双功能木质素工程再造木框架策略，通过醇水体系预处理精准调控木质素的含量与结构，诱导产生高比例的低蒸发焓中间水，并利用激光诱导石墨化技术将回收木质素转化为具有黑体效应的层级石墨烯/石墨碳光热层。该策略实现了光热管理与水分管理的协同增强，在显著提升蒸发性能的同时，凭借保留的多级通道结构赋予了蒸发器优异的耐盐性、净化能力及循环稳定性。相关工作以Reconstitution of woody biomass framework via dual-functional lignin engineering toward efficient and salt-resistant solar desalination为题发表在Nature communications期刊。

本文提出了一种木质素工程再造木材框架策略，木质素降低蒸发焓的同时通过激光蚀刻回收并处理成石墨碳、石墨烯复合光热层，实现水分管理与光热管理的协同优化（图1）。研究人员通过精准调控木质素残留量，利用其疏水苯环结构改变水分子的氢键环境，诱导W-150样品产生高比例的低蒸发焓“中间水”，使其黑暗条件下的蒸发焓显著降低至 1397J/g（图2）。随后，利用激光诱导石墨化技术将回收的木质素原位转化为具有多级孔隙结构的层级石墨烯/石墨碳复合光热层，实现了高达95.48%的全波段太阳光吸收率（图3）。在这种高效光热转换与低能耗蒸发的共同驱动下，E-150蒸发器在1个太阳辐射下实现了2.24kg·m-2·h-1的蒸发速率和91.52%的光热转换效率（图4）。此外，由于部分木质素的保留维持了木材天然多级通道的完整性，该设备在真实海水中表现出卓越的抗盐结晶性能、高度的机械可回收性以及稳定的户外实用潜力（图5）。

图1蒸发器的制备工艺与内部增强机制示意图。(a)木质素工程再造木框架策略的流程示意图。(b)木质素在木基太阳能蒸发器的水分管理与热量管理中的双重功能展示。

图2木质素含量对木材内部水分状态的影响研究。(a) W-150中水分子与分子链相互作用及水分存在状态的示意图。(b)基于定量二维异核单量子相关核磁共振谱（2D-HSQC NMR）计算的结构单元比例。(c)通过暗室蒸发实验测得的W-A与W-150中水分的蒸发焓。(d)纤维饱和状态下W-A与W-150的横向弛豫时间（T2）分布曲线。(e)纤维饱和状态下W-A的T1-T2相关谱图。(f)纤维饱和状态下W-150的T1-T2相关谱图。

图3.顶层光热层的微观结构与吸光性能表征。(a)通过激光蚀刻木质素制备石墨烯的原理示意图。（b）C-150与E-150的表面润湿性（接触角）测试对比。(c)激光蚀刻前后的扫描电子显微镜（SEM）对比图像。（d）E-150表面层的横截面SEM图像。（e）E-150表面在不同尺度（微米至纳米级）下的SEM与高分辨透射电镜（HR-TEM）图像。（f）E-150光热转换层的拉曼光谱分析。（g）木质太阳能蒸发器的太阳光吸收率曲线及标准太阳辐射光谱（AM 1.5 G）。（h）激光蚀刻制备的大尺寸木质太阳能蒸发器实物照片。

图4再造木蒸发器的光热蒸发性能测试与评价。(a)在一个太阳辐射下E-W、E-A和E-150的蒸发速率随时间变化的曲线。(b)不同木质素含量的木质蒸发器在一个太阳辐射下的稳定蒸发速率。(c)激光功率对木质太阳能蒸发器蒸发速率的影响。(d) E-150表面温度随时间变化的红外热成像图。(e)E-W、E-A和E-150在一个太阳辐射下的光热转换效率对比。(f)本研究与已报道的木质太阳能蒸发器在蒸发速率和效率方面的性能对比。(g)本研究与文献中其他蒸发器在制备难度、成本、环境友好性等维度的综合性能评估。

图5蒸发器的多功能性表现：耐盐、循环稳定性与净化。(a) E-150抵抗盐结晶的机制示意图。(b) E-150在不同盐度（3.5%至25.0%）盐水中的蒸发速率。(c) E-150的户外水分蒸发实验装置照片。(d)户外实验中同步记录的太阳辐照强度与E-150蒸发速率的变化图。(e)E-150在真实海水中连续蒸发12小时的速率稳定性及盐结晶情况照片。(f) E-A与E-150在回收利用前后的实物对比照片。(g) E-150在真实海水中进行10次连续循环测试（每次4小时）的平均蒸发速率。

小结：本文报道了一种基于双功能木质素工程的再造木框架太阳能蒸发器制备策略，成功突破了传统木质蒸发器在水分管理与光热效率上的瓶颈。研究的核心在于通过保留约 16.70% 的木质素来精准调控木材内部的氢键网络，从而诱导产生大量低能耗的中间水，将水分蒸发焓显著降低。与此同时，回收的木质素被转化为具有层级孔隙结构的石墨烯/石墨碳光热层，实现了 95.48% 的超高太阳光吸收率。其蒸发速率为2.24千克平方米小时，单日照射下光热转化效率达91.52%，优于大多数已报道的木质蒸发器。此外，部分木质素的存在保障了木材天然多级通道的完整性，使设备具备了优异的耐盐性、结构刚性及可重复循环利用的实用价值。

论文信息：Wang B, He Y, Yang Z, et al. Reconstitution of woody biomass framework via dual-functional lignin engineering toward efficient and salt-resistant solar desalination[J]. Nature Communications, 2026. https://doi.org/10.1038/s41467-026-70270-0

都看到这里了，关注一下吧^_^

声明：本文部分素材源自网络，版权归原作者所有。分享旨在促进信息传递与学术交流，不代表本公众号立场，如有不当，请联系我们处理。欢迎从事【太阳能综合利用/辐射制冷/微纳尺度传热】等相关领域学者分享您最新的研究工作，我们将竭诚为您免费推送，投稿邮箱：wangcunhai@ustb.edu.cn