研究背景：

近年来，太阳能蒸汽生成已成为一种新兴的水处理技术，其利用太阳能将水转化为蒸汽，从而实现水的净化和回收。然而，现有的太阳能蒸发器存在一些问题，如低效率、高成本、易受污染等。基于此，长春理工大学董相廷教授和马千里副教授开发了一种新型的两性亲水/疏水性纳米纤维气凝胶材料，用于高效太阳能蒸汽生成。相关研究成果以“Amphipathic Janus Nanofibers Aerogel for Efficient Solar Steam Generation”为题目发表于期刊《Energy & Environmental Materials》上。

创新点：

1. 本文设计了一种新型的两性亲水/疏水性Janus纳米纤维气凝胶材料，这种材料结合了两性亲水和疏水性质，具有优异的水蒸发性能和抗盐性能。

2. 该太阳能蒸发器具有自浮、抗盐、快速性能恢复等特点，适用于动态水环境，具有较高的应用潜力。

3. 在光照下，蒸发表面的温度可在2 min内满足快速水蒸发的要求。在1倍太阳光照射下，水蒸发速率可达2.944 kg m^-2 h^-1，能量效率为91.05 %，且在蒸发器发生翻转后水蒸发速率可迅速恢复。

4. 该太阳能蒸发器还具有良好的稳定性和可重复使用性，为实际应用提供可靠保障。

解决了哪些问题？

本研究解决了当前太阳能蒸汽发生技术存在的一些问题，包括低效率、高成本、易受污染等。

1. 提高了太阳能蒸发器的效率和稳定性：采用两性亲水/疏水性Janus纳米纤维气凝胶作为主体材料，结合光热材料包覆技术，实现了高效的太阳能吸收和转换，提高了太阳能蒸汽发生器的效率和稳定性。

2. 提高了太阳能蒸发器的抗盐性能：两性亲水/疏水性Janus纳米纤维气凝胶具有优异的抗盐性能，可以在高盐度水环境下稳定运行。

3. 提高了太阳能蒸发器的可重复使用性：太阳能蒸发器具有良好的稳定性和可重复使用性。在多次使用后仍保持较高的效率和稳定性，降低了太阳能蒸发器的使用成本和环境污染。

图1 (a)制备的太阳能蒸发器的结构示意图；(b) CA纳米纤维、(c) PVB纳米纤维、(d) CA//PVB Janus纳米纤维、(e) CA//PVB Janus纳米纤维气凝胶和(f-h)太阳能蒸发器表面的SEM图像。

图2 (a)太阳能蒸发器的密度和饱和含水量；(b)不同密度太阳能蒸发器的水蒸发性能曲线和(c)温度变化曲线；(d)不同光热材料载量时太阳能蒸发器的水蒸发性能曲线；(e)不同SiO₂ NPs含量下太阳能蒸发器的水蒸发性能、(f)温度变化及(g)吸收光谱；(h)光热材料中的水状态示意图；(i)不同PDA含量的太阳能蒸发器浸泡后的质量损失；(j)不同PDA含量下太阳能蒸发器的水蒸发性能、(k)温度变化及(j)吸收光谱。

图3：a)水质量变化曲线；b)逐时蒸发能力和能量效率；c)不同辐照强度下蒸发面和散装水红外热像图。

图4：(a) 蒸发过程中太阳能蒸发器的含水量；(b)连续10小时蒸发过程的每小时蒸发量；(c) 1倍太阳光照射下20次循环的水蒸发速率；(d)太阳能蒸发器在自然水环境中的翻转示意图；(e)五次翻转太阳能蒸发器的蒸发面温度变化、(f)水质量变化和区间平均蒸发速率。

图5：a)对比样品的水分蒸发性能；b) CA//PVB Janus纳米纤维和CA-PVB共混纳米纤维的抽水能力示意图；C)温度变化曲线；d)对比样品的红外热成像照片。

图6 (a) 3.5% NaCl水溶液的质量变化曲线；(b) CA基蒸发器和(c) CA//PVB基蒸发器经过5小时盐水蒸发后的盐沉积；(d)使用CA//PVB基蒸发器时，不同浓度NaCl溶液的蒸发速率；(e) CA//PVB基蒸发器的自清洁性能；CA//PVB基蒸发器对(f)不同浓度NaCl溶液和(g)实际海水的脱盐性能；(h) CA//PVB基蒸发器的有机物去除性能。

原文链接；https://doi.org/10.1002/eem2.12667