南京林业大学段改改副教授、苏州科技大学张春媚老师与四川大学李乙文教授在近来纤维素基界面太阳能蒸发器的研究基础上，近期在Advanced Functional Materials上发表了题为“Cellulose-based Interfacial Solar Evaporators: Structural Regulation and Performance Manipulation”的综述文章。这篇综述文章系统性地梳理，总结了纤维素基界面太阳能蒸发器的结构调控带来的性能调整，在展现纤维素基蒸发器性能改善策略的同时为其应对未来挑战，拓展应用前景提供了新的方向和思路。

图1 纤维素界面蒸发器的性能改进方向与结构调控策略

  界面太阳能蒸发器对于太阳能的直接利用使其成为了海水淡化中最具前景的方案。与此同时，纤维素独特的分子结构使其具有很多优良的性能，如优良的亲水性，分子链轴向的高机械强度、刚度和模量，极大的结构稳定性，以及高反应活性，使得纤维素基材充分满足了界面太阳能蒸发器的要求（图2）。其中根据纤维素在基材中的利用方式，纤维素基蒸发器又能够分为两类：自上而下利用的木质基蒸发器，自下而上组装的纤维素复合基材蒸发器。根据不同基材的特性，本文系统的总结了纤维素基蒸发器的制备方案，蒸发性能的改进策略以及应用功能的附加，并以此为后续的纤维素基蒸发器的构建，改进提供了参考。

图2. 木质材料中的纤维素结构

  首先，木材中生长方向的定向通道，使其在优异的定向输水性能外，还利用各向异性的导热性能实现了良好的隔热，很好地满足了界面太阳能蒸发器基材所需的性能。同时木质基蒸发器由于木材中层次分明的多孔结构以及通过纹孔形成的内部三维（3D）网络结构，具备了较为出色的耐盐性。在这一独特结构的基础上，不断地有结构改善策略被提出来进一步增强木质基蒸发器的耐盐性能，包括了脱木素处理，人工孔道阵列，非对称润湿性结构，T型结构等等（图3）。

图3. 木质基蒸发器的耐盐性改进结构

  其次，纤维素复合基材采用的自下而上的多样制备方案使得相应的蒸发器拥有了更为丰富的性能改进策略（图4）。在蒸发器外部结构的调整之余，纤维素复合基材提供了更多样化的蒸发器内部结构调控方案，例如纳米纤维素气凝胶制备过程中对孔道的直径或曲度进行调控，3D打印时构建有序，规则的网络结构。与木质基蒸发器的刚性规则结构相对，纤维素复合材料基蒸发器拥有了更高的结构创造自由度，因此一系列灵活的崭新耐盐性结构得以实现：自动触发的球状自清洁蒸发器，引入虹吸-下降模式的锥状蒸发器，吸水烛芯盐分扩散结构，毛细作用或咖啡环效应带来的迁移结晶装置（MCD）。

图4. 纤维素复合材料基蒸发器的耐盐性改进结构

  值得注意的是，纤维素复合材料基材在带来丰富耐盐性改进策略的同时，还提供了多种提升蒸发器蒸发速度的手段（图5）。具备大面积侧面的柱状，杯状，翅片，球状等结构在侧壁通过冷蒸发额外摄取环境能量，提升蒸发速度的同时，还能够通过回收蒸发潜热来提高蒸发器的太阳能利用效率。在此之外，2D水路带来的低热量损耗，表面润湿性调整实现的热量利用调整，蒸发器内部亲水性、孔道结构调控完成的内部水体的蒸发焓降低都极大地促进了纤维素复合材料基蒸发器的蒸发速度的提高。

图5. 冷蒸发实现的纤维素复合材料基蒸发器的高蒸发速度

  在满足光热性能，蒸发性能需求的基础上，现实应用的附加需求更多地被纳入考虑，例如对于复杂水体的适应能力（有机染料，油污等），蒸发过程的发电等等。总结部分，结合前文讨论过程中的列表数据，纤维素基蒸发器的制备方案（光热层构建），蒸发性能（耐盐性能，蒸发速度）的改进策略参考都有所提供。最后，结合最新的研究进展，纤维素基蒸发器的未来发展方向可以从以下三个方向展开：1）蒸发性能的保障，2）长期工作稳定性的维持，3）实际应用的可行性（图6）。

图6. 纤维素基蒸发器的未来发展方向

  文章链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/epdf/10.1002/adfm.202302351