1. 文章信息

標(biāo)題： Self-adaptive temperature-sensitive Janus hydrogel evaporator for water-heat-salt management in solar desalination, catalytic degradation and power generation            

中文標(biāo)題： 自適應(yīng)溫敏性的Janus水凝膠蒸發(fā)器，用于太陽能海水淡化、催化降解和發(fā)電中的水-熱-鹽管理 

頁碼： 631 (2026) 120204 

DOI： 10.1016/j.desal.2026.120204               

2. 文章鏈接

 https://doi.org/10.1016/j.desal.2026.120204

3. 期刊信息

期刊名： Desalination 

ISSN： 0011-9164 

2026年影響因子： 9.8 

分區(qū)信息： JCR分區(qū)（Q1）,中科院：工程技術(shù) 2 區(qū)，水資源 1 區(qū)，TOP 期刊 

涉及研究方向：界面太陽能蒸發(fā) / 海水淡化 / 水處理 

4. 作者信息：第一作者是 新疆大學(xué) 徐婉婷。通訊作者為  新疆大學(xué) 劉雄、劉芳菲。

5.產(chǎn)品型號：CEL-S500氙燈光源、CEL-FZ-A輻照計;

文章簡介：

一、 研究背景

全球淡水資源短缺與清潔能源危機(jī)是可持續(xù)發(fā)展面臨的核心挑戰(zhàn)，太陽能驅(qū)動界面蒸發(fā)技術(shù)因在海水淡化、污水處理中的應(yīng)用潛力成為研究熱點，但實際應(yīng)用中仍存在難降解有機(jī)污染物去除效率低、界面水-熱-鹽傳輸失衡導(dǎo)致鹽析結(jié)晶、蒸發(fā)過程低溫余熱無法高效利用三大瓶頸。傳統(tǒng)蒸發(fā)器難以同步實現(xiàn)污染物深度凈化、高效產(chǎn)水與余熱回收，僅實現(xiàn)功能堆疊而非智能耦合，同時光熱催化材料與宏觀蒸發(fā)器件的整合、Janus 界面的穩(wěn)定構(gòu)筑仍存在技術(shù)壁壘。針對上述問題，本研究以溫敏性水凝膠與g-C3N4/Ti3C2Tx 異質(zhì)結(jié)為核心，研發(fā)了一種自適應(yīng)溫敏性 Janus 水凝膠蒸發(fā)器，實現(xiàn)催化凈化、太陽能蒸發(fā)、余熱發(fā)電三重功能協(xié)同，為太陽能驅(qū)動水-電聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)提供了全新材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計策略。

二、 本文亮點

1.原位形成了一種自適應(yīng)熱響應(yīng)Janus界面，用于動態(tài)水-熱-鹽管理。

2. g-C3N4/Ti3C2Tx異質(zhì)結(jié)通過以1O2 和 ·OH為主導(dǎo)的非自由基PMS活化，實現(xiàn)了95.02%的抗生素去除率。

3.該設(shè)計實現(xiàn)了三重功能協(xié)同，集光催化凈化、太陽能蒸發(fā)和余熱發(fā)電于一體。

4. Janus水凝膠蒸發(fā)器在純水中展現(xiàn)出2.96 kg m-2 h-1的蒸發(fā)速率，在20 wt%的鹽水中則為2.33 kg m-2 h-1。

5.通過長期戶外海水淡化及多污染物凈化實驗，驗證了其實際可行性。

三、圖文解析

1. 材料制備與自適應(yīng)機(jī)理示意圖

研究團(tuán)隊采用一步原位聚合法制備 HP-GT 溫敏水凝膠：首先刻蝕 Ti3AlC2得到Ti3C2Tx MXene，與熱聚合制備的g-C3N4復(fù)合形成異質(zhì)結(jié)；再將其與 HPC、丙烯酰胺交聯(lián)，得到可光熱響應(yīng)的復(fù)合水凝膠。光照下，光熱效應(yīng)使表層溫度大于 LCST 點，上層疏水收縮、下層親水溶脹，原位形成不對稱潤濕性 Janus 界面，精準(zhǔn)調(diào)控水分輸送與熱量分布。

2. 結(jié)構(gòu)表征：g-C3N4均勻負(fù)載于Ti3C2Tx 表面，形成緊密接觸的層狀結(jié)構(gòu)，Ti、C、N、O、F 元素均勻分布；XPS、FTIR 結(jié)果表明，二者之間存在氫鍵與 N-Ti 配位鍵，有效強(qiáng)化界面電荷分離。復(fù)合材料均勻分散于水凝膠體系中，使水凝膠具備優(yōu)異的力學(xué)性能，斷裂伸長率可達(dá)295%，經(jīng)過 100 次壓縮循環(huán)仍保持結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，同時擁有良好的形狀恢復(fù)能力與可加工性。

3. 溫敏相變與水調(diào)控行為：光照下，g-C3N4/Ti3C2Tx異質(zhì)結(jié)的光熱效應(yīng)使水凝膠表面溫度快速升至 LCST 以上，上層 HPC 分子鏈?zhǔn)杷奂?、孔隙收縮，降低表面含水率以減少熱損失；下層因溫度低于 LCST 保持親水溶脹，持續(xù)向上輸送水分，形成不對稱潤濕性梯度的 Janus 界面。該結(jié)構(gòu)實現(xiàn)精準(zhǔn)的水分布調(diào)控：上層疏水抑鹽、下層親水輸水，同時優(yōu)化蒸發(fā)界面能量分配，降低水蒸發(fā)焓。

4. 太陽能蒸發(fā)性能：1個太陽光下，純水蒸發(fā)速率達(dá)2.96 kg m-2 h-1，光熱效率 96.6%；20 wt% 高鹽度鹽水中仍保持2.33 kg m-2 h-1，連續(xù) 10 h 蒸發(fā)無明顯鹽析，具備優(yōu)異抗鹽性。對重金屬離子（Pb2+、Cu2+、Zn2+）去除率 > 93.84%，模擬海水離子去除率 > 99%，染料（MB、MO）去除率近 100%，符合 WHO 飲用水標(biāo)準(zhǔn)。

5. 催化降解性能：g-C3N4/Ti3C2Tx 異質(zhì)結(jié)有效活化過一硫酸鹽（PMS），以 1O?與?OH 為主要活性物種，對四環(huán)素（TC）去除率達(dá)95.02%，速率常數(shù) 0.0231 min-1；對羅丹明 B、土霉素等多種污染物均有高效降解效果，5 次循環(huán)后降解率仍 > 91%。小麥種子生長實驗證實，降解后廢水毒性顯著降低，具備良好環(huán)境相容性。

6.發(fā)電性能：利用蒸發(fā)界面溫度梯度耦合熱電模塊，1 個太陽光下開路電壓99.7 mV，功率密度275 mW m-2，熱電轉(zhuǎn)換效率 0.88%，系統(tǒng)總熱效率達(dá) 97.48%，實現(xiàn)蒸發(fā)產(chǎn)水與余熱發(fā)電同步。

四、總結(jié)與展望

本研究成功開發(fā)了一種智能Janus蒸發(fā)器，該裝置將g-C3N4/Ti3C2Tx異質(zhì)結(jié)與熱響應(yīng)性水凝膠相結(jié)合，實現(xiàn)了催化降解、太陽能蒸發(fā)和熱電發(fā)電的協(xié)同集成。光熱效應(yīng)觸發(fā)了熱敏聚合物HPC的相變，促使自適應(yīng)Janus結(jié)構(gòu)原位形成，從而優(yōu)化了水-熱-鹽的界面?zhèn)鬏?。?個太陽光照下，該蒸發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)了95.02%的TC降解效率、2.96 kg m-2 h-1的蒸發(fā)速率以及96.6%的能量利用效率，同時通過回收蒸發(fā)界面的廢熱產(chǎn)生了99.7 mV的熱電電壓。長期戶外測試和實際水處理應(yīng)用證實，這種智能Janus水凝膠蒸發(fā)器具有高穩(wěn)定性、脫鹽效能和環(huán)境兼容性。本研究推動了高效太陽能水-能源聯(lián)產(chǎn)的材料與結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過光驅(qū)動的材料-結(jié)構(gòu)自適應(yīng)耦合，為在嚴(yán)苛環(huán)境中構(gòu)建智能能源-水系統(tǒng)確立了新范式。