物质相变过程中的液态水-气态水转化机制，是维系地球水循环与工业流程优化的物理基础。通过调控水分子界面行为，加速太阳能驱动界面水蒸发，成为低能耗地解决全球淡水资源短缺的可行技术路径。其核心突破点在于：当水分子在纳米限域空间中形成亚稳态簇状结构（水活化）时，氢键重构可使相变所需活化能降低34.7%，这种非经典蒸发路径为突破传统热力学限制提供了新可能。

将输水通道与蒸发界面解耦升级蒸发界面的通用方法示意图

  针对这一跨尺度难题，海南大学黄玮和张明鑫等人开创性地提出"界面功能解耦-纳米限域活化"的协同设计理念：①采用生物质衍生的琼脂多糖构建具有水簇模板功能的介孔纳米凝胶；②开发简易喷涂技术，将纳米凝胶喷涂于商业化的传水基材表面，形成厚度可控的功能界面层。这种分级结构设计成功将输水通道（基材层）与活化界面（纳米凝胶）的空间解耦，界面水蒸发速率提升幅度最高可达297%。普通的廉价无纺布材料，经过喷涂该纳米喷剂后，在一个太阳光辐照强度下，其界面蒸发速率可大幅提升至3.26 kg m^-2 h^-1。

纳米凝胶的多级结构

  作者通过分子自组装技术构建了琼脂基纳米凝胶（NGs），其核心创新在于 疏水介孔与亲水基质的协同设计。以硅油（疏水相）和琼脂（亲水相）为原料，通过高温乳化-冷却自组装形成囊泡结构。硅油作为致孔剂，在溶剂萃取后形成疏水介孔通道（孔径6.2 nm），而琼脂网络提供亲水基质，确保水分子快速渗透。通过调节琼脂浓度与混合比例，纳米凝胶的流体力学半径（Rh）可在65–118 nm范围内精确调控（PDI<0.2），满足不同基材的界面匹配需求。

纳米凝胶的结构研究

创新性解决策略与核心优势

纳米喷雾对蒸发材料的界面改性

1.结构解耦设计：

  传水基底层：选用商业化多孔材料（尼龙织物、轻木等）作为水传输主体，利用其固有的大孔结构（平均孔径150-300 μm）实现高通量输水。

  水活化功能的蒸发界面层：喷涂介孔纳米凝胶（NGs）构建活化界面，该纳米凝胶表面具有疏水介孔通道，为水簇形成提供了理想的结构模板，使中间水比例提升至60%。

2.纳米限域效应创新：

  疏水介孔内水分子扩散系数（1.92×10?? m2/s）较亲水通道提升3倍，促进水簇从蒸发界面快速且稳定地脱离，降低界面能耗。

3.普适性喷涂工艺：

纳米喷雾促进水分蒸发的机理研究

重要研究结果

  纳米凝胶喷涂的蒸发器表现出卓越的海水淡化性能，表现如下：

纳米凝胶喷涂的蒸发器的实用性能

  全文链接： 

  https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adma.202419243

  https://doi.org/10.1002/adma.202419243