近日，Advanced Fiber Materials在线发表了新疆大学朱若斐副教授团队最新研究成果 “Multi‑bionic Strategies Integration in Cellulose Nanofiber‑Based Metagels with Strong Hydrogen‑Bonded Network for Solar‑Driven Water Evaporation”。新疆大学纺织与服装博士研究生Dan Wang 为论文第一作者，新疆大学朱若斐副教授为通讯作者，新疆大学为第一署名单位。

尽管近年来太阳能驱动的界面蒸发技术在海水淡化领域取得了快速进展，但较低的水蒸发速率仍是长期存在的瓶颈。解决这一瓶颈的关键在于利用强氢键作用降低水分子蒸发的焓值，并输入环境能量。该团队提出了一种新颖的方法，通过在纤维素纳米纤维（CNF）表面引入亲水性无机材料Al(H₂PO₄)₃（AP），在纤维素基水凝胶中形成无机-有机氢键网络（标记为3DL Metagel），以降低蒸发焓。3DL Metagel的双多孔结构赋予了蒸发器自浮动能力和蒸发过程中的单向盐离子回流通道，为海水淡化提供了一种耐盐技术。值得注意的是，该蒸发器可用于湿度极低的干旱地区进行高效的户外水净化，且具有生物可降解性和生物相容性。无机-有机氢键交联网络与仿生特征的结合实现了高效的光热水蒸发，为太阳能淡化及废水净化高效蒸发器的合理设计提供了新见解。

图1 Metagels的结构分析。a 展示3DL Metagel的横截面扫描电子显微镜（SEM）图像。b 表示不同Metagels的X射线衍射（XRD）光谱，c 显示傅里叶变换红外光谱（FTIR）光谱，d 显示X射线光电子能谱（XPS）光谱。e展示高分辨率C 1s光谱，f展示 O 1s光谱，g 展示P 2p光谱，h展示能谱仪（EDS）光谱和i 展示3DL Metagel的元素映射图像

3DL Metagel精心构建的内部结构如图a中的扫描电子显微镜（SEM）图像所示。3DL Metagel蒸发器具有开放的海绵状结构，其孔隙相互连通，孔径约为200微米。图b展示了用于表征制备3DL Metagel所用纤维素晶型的XRD结果。此外，图c展示了CNF Metagel和3DL Metagel的FTIR光谱。图d展示了XPS光谱，证实了CNF Metagel和3DL Metagel的元素组成和化学键合状态。图e展示了3DL Metagel中元素C的高分辨率光谱，其中指示新形成的C=O双键（288.4 eV）存在的峰与傅里叶变换红外光谱（FTIR）结果一致。图f-g展示了3DL Metagel中元素O和P的高分辨率光谱。图2h-i展示了3DL Metagel的能量色散谱（EDS）光谱和元素映射照片。

在这项研究中，该研究团队设计了一种高效、环保且可生物降解的太阳能蒸发器（命名为3DL Metagel）。这种蒸发器模仿了荷花的独特结构、表面润湿性以及水分蒸腾作用，采用双层设计：上层像荷花一样极易吸水，下层则像荷叶一样疏水，从而实现水从底部到顶部的快速输送。它能利用环境中的能量促进水分蒸发，蒸发速率达到每小时每平方米3.61公斤，能源效率高达94.94%。通过调整纤维素晶体的形态，并加入一种结合能极低的粘合剂，团队成功降低了水蒸发所需的能量。这种双层结构还能让盐离子自动回流，避免盐分结晶堵塞，从而长期净化世界各地的海水。在干旱地区的户外测试中，1平方米的这种材料就能满足8个成年人一天的饮用水需求，净化后的水也通过了种子发芽的安全性验证。此外，该材料能在30天内被微生物完全降解，无毒无害，非常环保。这项研究为利用仿生学原理实现可持续的海水淡化提供了新思路。

在该研究工作中，新疆大学分析测试中心围绕相关研究方向提供扫描电子显微镜形貌分析（日立SU8600，负责人：施敏）、透射电子显微镜（日本电子JEM-F200，负责人：白星星）界面结构表征。X射线光电子能谱及深度剖析测试（赛默飞 Escalab250Xi，负责人：郭勇）、X射线衍射（SmartLab 9 kW，负责人：金永明）测试等支撑。

原文链接：https://www.researching.cn/articles/OJd3669271725748e3?alichlgref=https%3A%2F%2Fwww.google.com%2F

供稿：施敏；编辑：施敏；审核：金钟。