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  南京林業大學段改改副教授、蘇州科技大學張春媚老師與四川大學李乙文教授在近來纖維素基界面太陽能蒸發器的研究基礎上，近期在Advanced Functional Materials上發表了題為“Cellulose-based Interfacial Solar Evaporators: Structural Regulation and Performance Manipulation”的綜述文章。這篇綜述文章系統性地梳理，總結了纖維素基界面太陽能蒸發器的結構調控帶來的性能調整，在展現纖維素基蒸發器性能改善策略的同時為其應對未來挑戰，拓展應用前景提供了新的方向和思路。

圖1 纖維素界面蒸發器的性能改進方向與結構調控策略

  界面太陽能蒸發器對于太陽能的直接利用使其成為了海水淡化中最具前景的方案。與此同時，纖維素獨特的分子結構使其具有很多優良的性能，如優良的親水性，分子鏈軸向的高機械強度、剛度和模量，極大的結構穩定性，以及高反應活性，使得纖維素基材充分滿足了界面太陽能蒸發器的要求（圖2）。其中根據纖維素在基材中的利用方式，纖維素基蒸發器又能夠分為兩類：自上而下利用的木質基蒸發器，自下而上組裝的纖維素復合基材蒸發器。根據不同基材的特性，本文系統的總結了纖維素基蒸發器的制備方案，蒸發性能的改進策略以及應用功能的附加，并以此為后續的纖維素基蒸發器的構建，改進提供了參考。

圖2. 木質材料中的纖維素結構

  首先，木材中生長方向的定向通道，使其在優異的定向輸水性能外，還利用各向異性的導熱性能實現了良好的隔熱，很好地滿足了界面太陽能蒸發器基材所需的性能。同時木質基蒸發器由于木材中層次分明的多孔結構以及通過紋孔形成的內部三維（3D）網絡結構，具備了較為出色的耐鹽性。在這一獨特結構的基礎上，不斷地有結構改善策略被提出來進一步增強木質基蒸發器的耐鹽性能，包括了脫木素處理，人工孔道陣列，非對稱潤濕性結構，T型結構等等（圖3）。

圖3. 木質基蒸發器的耐鹽性改進結構

  其次，纖維素復合基材采用的自下而上的多樣制備方案使得相應的蒸發器擁有了更為豐富的性能改進策略（圖4）。在蒸發器外部結構的調整之余，纖維素復合基材提供了更多樣化的蒸發器內部結構調控方案，例如納米纖維素氣凝膠制備過程中對孔道的直徑或曲度進行調控，3D打印時構建有序，規則的網絡結構。與木質基蒸發器的剛性規則結構相對，纖維素復合材料基蒸發器擁有了更高的結構創造自由度，因此一系列靈活的嶄新耐鹽性結構得以實現：自動觸發的球狀自清潔蒸發器，引入虹吸-下降模式的錐狀蒸發器，吸水燭芯鹽分擴散結構，毛細作用或咖啡環效應帶來的遷移結晶裝置（MCD）。

圖4. 纖維素復合材料基蒸發器的耐鹽性改進結構

  值得注意的是，纖維素復合材料基材在帶來豐富耐鹽性改進策略的同時，還提供了多種提升蒸發器蒸發速度的手段（圖5）。具備大面積側面的柱狀，杯狀，翅片，球狀等結構在側壁通過冷蒸發額外攝取環境能量，提升蒸發速度的同時，還能夠通過回收蒸發潛熱來提高蒸發器的太陽能利用效率。在此之外，2D水路帶來的低熱量損耗，表面潤濕性調整實現的熱量利用調整，蒸發器內部親水性、孔道結構調控完成的內部水體的蒸發焓降低都極大地促進了纖維素復合材料基蒸發器的蒸發速度的提高。

圖5. 冷蒸發實現的纖維素復合材料基蒸發器的高蒸發速度

  在滿足光熱性能，蒸發性能需求的基礎上，現實應用的附加需求更多地被納入考慮，例如對于復雜水體的適應能力（有機染料，油污等），蒸發過程的發電等等。總結部分，結合前文討論過程中的列表數據，纖維素基蒸發器的制備方案（光熱層構建），蒸發性能（耐鹽性能，蒸發速度）的改進策略參考都有所提供。最后，結合最新的研究進展，纖維素基蒸發器的未來發展方向可以從以下三個方向展開：1）蒸發性能的保障，2）長期工作穩定性的維持，3）實際應用的可行性（圖6）。

圖6. 纖維素基蒸發器的未來發展方向

  文章鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202302351