自适应温敏性的Janus水凝胶蒸发器······

1. 文章信息

标题： Self-adaptive temperature-sensitive Janus hydrogel evaporator for water-heat-salt management in solar desalination, catalytic degradation and power generation            

中文标题： 自适应温敏性的Janus水凝胶蒸发器，用于太阳能海水淡化、催化降解和发电中的水-热-盐管理 

页码： 631 (2026) 120204 

DOI： 10.1016/j.desal.2026.120204               

2. 文章链接

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

3. 期刊信息

期刊名： Desalination 

ISSN： 0011-9164 

2026年影响因子： 9.8 

分区信息： JCR分区（Q1）,中科院：工程技术 2 区，水资源 1 区，TOP 期刊 

涉及研究方向：界面太阳能蒸发 / 海水淡化 / 水处理 

4. 作者信息：第一作者是 新疆大学 徐婉婷。通讯作者为  新疆大学 刘雄、刘芳菲。

5.产品型号：CEL-S500氙灯光源、CEL-FZ-A辐照计;

文章简介：

一、 研究背景

全球淡水资源短缺与清洁能源危机是可持续发展面临的核心挑战，太阳能驱动界面蒸发技术因在海水淡化、污水处理中的应用潜力成为研究热点，但实际应用中仍存在难降解有机污染物去除效率低、界面水-热-盐传输失衡导致盐析结晶、蒸发过程低温余热无法高效利用三大瓶颈。传统蒸发器难以同步实现污染物深度净化、高效产水与余热回收，仅实现功能堆叠而非智能耦合，同时光热催化材料与宏观蒸发器件的整合、Janus 界面的稳定构筑仍存在技术壁垒。针对上述问题，本研究以温敏性水凝胶与g-C3N4/Ti3C2Tx 异质结为核心，研发了一种自适应温敏性 Janus 水凝胶蒸发器，实现催化净化、太阳能蒸发、余热发电三重功能协同，为太阳能驱动水-电联产系统提供了全新材料与结构设计策略。

二、 本文亮点

1.原位形成了一种自适应热响应Janus界面，用于动态水-热-盐管理。

2. g-C3N4/Ti3C2Tx异质结通过以1O2 和 ·OH为主导的非自由基PMS活化，实现了95.02%的抗生素去除率。

3.该设计实现了三重功能协同，集光催化净化、太阳能蒸发和余热发电于一体。

4. Janus水凝胶蒸发器在纯水中展现出2.96 kg m-2 h-1的蒸发速率，在20 wt%的盐水中则为2.33 kg m-2 h-1。

5.通过长期户外海水淡化及多污染物净化实验，验证了其实际可行性。

三、图文解析

1. 材料制备与自适应机理示意图

研究团队采用一步原位聚合法制备 HP-GT 温敏水凝胶：首先刻蚀 Ti3AlC2得到Ti3C2Tx MXene，与热聚合制备的g-C3N4复合形成异质结；再将其与 HPC、丙烯酰胺交联，得到可光热响应的复合水凝胶。光照下，光热效应使表层温度大于 LCST 点，上层疏水收缩、下层亲水溶胀，原位形成不对称润湿性 Janus 界面，精准调控水分输送与热量分布。

2. 结构表征：g-C3N4均匀负载于Ti3C2Tx 表面，形成紧密接触的层状结构，Ti、C、N、O、F 元素均匀分布；XPS、FTIR 结果表明，二者之间存在氢键与 N-Ti 配位键，有效强化界面电荷分离。复合材料均匀分散于水凝胶体系中，使水凝胶具备优异的力学性能，断裂伸长率可达295%，经过 100 次压缩循环仍保持结构稳定，同时拥有良好的形状恢复能力与可加工性。

3. 温敏相变与水调控行为：光照下，g-C3N4/Ti3C2Tx异质结的光热效应使水凝胶表面温度快速升至 LCST 以上，上层 HPC 分子链疏水聚集、孔隙收缩，降低表面含水率以减少热损失；下层因温度低于 LCST 保持亲水溶胀，持续向上输送水分，形成不对称润湿性梯度的 Janus 界面。该结构实现精准的水分布调控：上层疏水抑盐、下层亲水输水，同时优化蒸发界面能量分配，降低水蒸发焓。

4. 太阳能蒸发性能：1个太阳光下，纯水蒸发速率达2.96 kg m-2 h-1，光热效率 96.6%；20 wt% 高盐度盐水中仍保持2.33 kg m-2 h-1，连续 10 h 蒸发无明显盐析，具备优异抗盐性。对重金属离子（Pb2+、Cu2+、Zn2+）去除率 > 93.84%，模拟海水离子去除率 > 99%，染料（MB、MO）去除率近 100%，符合 WHO 饮用水标准。

5. 催化降解性能：g-C3N4/Ti3C2Tx 异质结有效活化过一硫酸盐（PMS），以 ¹O₂与・OH 为主要活性物种，对四环素（TC）去除率达95.02%，速率常数 0.0231 min-1；对罗丹明 B、土霉素等多种污染物均有高效降解效果，5 次循环后降解率仍 > 91%。小麦种子生长实验证实，降解后废水毒性显著降低，具备良好环境相容性。

6.发电性能：利用蒸发界面温度梯度耦合热电模块，1 个太阳光下开路电压99.7 mV，功率密度275 mW m-2，热电转换效率 0.88%，系统总热效率达 97.48%，实现蒸发产水与余热发电同步。

四、总结与展望

本研究成功开发了一种智能Janus蒸发器，该装置将g-C3N4/Ti3C2Tx异质结与热响应性水凝胶相结合，实现了催化降解、太阳能蒸发和热电发电的协同集成。光热效应触发了热敏聚合物HPC的相变，促使自适应Janus结构原位形成，从而优化了水-热-盐的界面传输。在1个太阳光照下，该蒸发系统实现了95.02%的TC降解效率、2.96 kg m-2 h-1的蒸发速率以及96.6%的能量利用效率，同时通过回收蒸发界面的废热产生了99.7 mV的热电电压。长期户外测试和实际水处理应用证实，这种智能Janus水凝胶蒸发器具有高稳定性、脱盐效能和环境兼容性。本研究推动了高效太阳能水-能源联产的材料与结构设计，并通过光驱动的材料-结构自适应耦合，为在严苛环境中构建智能能源-水系统确立了新范式。