太阳能界面蒸发技术凭借高效、可持续等优势，有望成为缓解全球淡水危机的有效方法；其中基于多孔材料的界面蒸发器研发备受瞩目。然而，该技术长期面临着一个棘手的难题：增快水传输速率和降低蒸发焓分别可提高蒸发器效率，但增快水传输与降低蒸发焓对材料孔径的要求相互冲突，往往需要牺牲一方以实现另一方。大孔虽利于水快速传输，无法有效降低蒸发焓；小孔能降低蒸发时的能量需求，却会阻碍水的传输速度。这一矛盾严重限制了太阳能界面蒸发技术的性能提升与广泛应用。那么，如何解决界面蒸发器中快速水传输（需大孔径）与低蒸发焓（需小孔径）之间固有的孔径需求矛盾，避免已有蒸发器采用的“折中策略” 导致的性能损失？

  近期，香港城市大学王彬课题组研发出的植物启发的梯度孔结构气凝胶（Plant-inspired gradient-pore aerogel, PGA），成功解决了该二择一困境。PGA 的设计灵感源自植物高效水分传输与蒸腾的物理结构机制。以桉树等植物为例，其底部较大的孔径能够增大水向上传输的通量，保障水分快速输送；而靠近叶片处较小的孔径则有助于增强毛细力，促进水分的蒸腾作用，同时降低水分蒸发所需的能量。

  受此启发，研究团队通过冷冻铸造技术巧妙构建了孔径沿高度方向变化的梯度结构，并在顶部喷涂 MXene 形成光热层。其中，底部大孔径（约 15μm）如同植物茎干底部的粗导管，能够快速吸收水分，并借助大孔到小孔的梯度变化，促进水分在材料内部快速传输；顶部小孔径（约 2μm）则类似于植物叶片上的微小气孔，能够有效降低蒸发焓，使得水分能够在消耗较少能量的情况下转化为水蒸气。这种模仿植物 “局部功能匹配的孔径分布” 理念，打破了传统多孔材料基蒸发器中快速水传输与低蒸发焓之间的矛盾，实现了两者兼优无牺牲的协同提升。

图1. MOF@TO-CNF 梯度孔隙气凝胶蒸发器的制备方法

  在 1 个太阳光照的标准测试条件下，PGA 蒸发器展现出高效的蒸发速率（3.60 kg?m?2?h?1），太阳能-蒸汽转换效率达到98.34%，性能数据优于多数已报道的界面蒸发。该蒸发器具有良好的抗盐沉积和发电性能，能够自行去除积盐并产生74.2 mV的电压，串联后可点亮LED灯。搭建海水淡化系统，10 小时产水 6.8 kg?m^?2，水质符合 WHO 标准；串联蒸发器可点亮 LED，展现多功能协同潜力。

图2. MOF@TO-CNF 梯度孔隙气凝胶蒸发器的蒸发性能

  相关研究成果发表于化学工程领域的国际期刊《Chemical Engineering Journal》，论文第一作者为香港城市大学博士生李泽荣，通讯作者为香港城市大学王彬教授。该工作得到了国家自然科学基金（52375299, 52002090），广西自然科学基金（2025GXNSFAA069698）和中央高校基本科研业务费专项资金（3072025GH1001）的支持。

  论文详情请见：

  https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.165499

  https://authors.elsevier.com/c/1lOba4x7R2o9At（50天免费）

【通讯作者简介】

  王彬，加州大学圣地亚哥分校博士，现香港城市大学机械工程学系助理教授，仿生微结构强韧化与仿生功能材料设计研发。欢迎有压电铁电物理及电化学基础且勤奋好学/热爱研究的同学申读博士研究生，来信请至：bwang55@cityu.edu.hk。