大气水收集技术（AWH）对于缓解全球淡水短缺问题具有重要意义。其中，太阳能驱动解吸的吸附吸附式大气水收集（SS-AWH）由于低能耗优势已成为主流解决方案。但是SS-AWH严重依赖良好的日照条件，而实际的太阳辐射存在显著的时空波动，这限制了其多种场景下的可持续应用，在无光或弱光环境下（如夜间、雾霾、多云天气或建筑阴影区域等）产水量会大幅降低。这种限制的根本原因在于其水释放途径的单一性。

  本研究首先基于实际气候多变性和时空波动数据，分析并揭示了SS-AWH技术对太阳辐射依赖的关键问题。针对这一问题，首次设计并制备了DBJA这种生物质Janus气凝胶，用于实现太阳能-机械共生的双模式大气水收集。其纤维素基质固有吸湿性与牢固锚定的LiCl相结合，赋予了DBJA优异吸湿性能，在30%、50%、70%和90%RH下分别表现出0.74、1.44、2.36和3.45 g g^-1的吸湿能力。通过可控限域化学气相沉积聚吡咯（PPy）实现了Janus光热层的梯度优化，研究发现当光热层占比为25%时可实现吸附-解吸动力学与压缩-回弹强度之间的最佳平衡。在户外测试中，基于DBJA搭建的AWH装置在太阳能光热驱动模式下可实现1.32 g g^-1 day^-1的产水效率。在无光或弱光条件下，采用挤压模式连续五次压缩循环DBJA可实现12.80 g g^-1的显著机械释水效率，且具有良好的循环使用稳定性。因此，理想状态下，一块50 cm3（类手机尺寸）的DBJA可通过5次吸附-压缩循环快速产生150 mL水，同时DBJA可真空包装，体积可缩减74%，且能迅速吸湿恢复至原体积的98%，可在野外环境下便携使用并满足非理想光照条件下的紧急生存用水需求。DBJA标志着AWH的范式转变，通过太阳能驱动脱附和机械压缩脱附的协同，解决了SS-AWH的太阳辐射依赖问题，且具有可扩展设计和绿色可持续性，既有望用于大规模组装实现社区供水，也能为野外个人便携使用提供定制化服务，为新一代AWH技开发提供了重要方案。未来，作者团队将开展持续研究以进一步优化技术核心。

图1. DBJA的制造与设计原理

图2. DBJA的制备过程与结构表征

图3. Janus结构调控及其对吸附-脱附动力学的影响

图4. DBJA的吸附与光热解吸性能研究

图5. 光热模式下的户外性能实测与稳定性研究

图6. 压缩模式下空气水收集相关性能研究

  相关成果以“Solar-Mechano Symbiosis Dual-Mode Janus Bioaerogel for Context-Adaptive Atmospheric Water Harvesting Beyond Solar Reliance”为题近日发表在Advanced Materials期刊上。西北工业大学李炫华教授、冯蕊副教授为论文通讯作者，2023级硕士研究生柳翊鹏和冯蕊副教授为共同第一作者。此研究工作得到中国国家自然科学基金、环境友好高分子材料教育部工程研究中心开放课题以及中央高校基本科研业务费等经费资助支持，相关研究已申请中国国家发明专利。

  论文信息：Yipeng Liu, Rui Feng*, Yuyao Zhao, Xiaoya Guo, Jinghan Ding, Sibi Liu, Yijin Wang, Jinmeng Zhu, Xuanhua Li*, Solar-Mechano Symbiosis Dual-Mode Janus Bioaerogel for Context-Adaptive Atmospheric Water Harvesting Beyond Solar Reliance. Advanced Materials, 2025, e12244. DOI: 10.1002/adma.202512244.

  论文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202512244

作者简介：

李炫华，西北工业大学教授，伦敦玛丽女王大学客座教授，博士生导师。入选国家级青年人才，国际材料联合会Fellow，陕西省杰出青年基金获得者，陕西省科技重点创新团队负责人，陕西省高层次人才“特支计划“青年拔尖人才和陕西省青年科技新星。长期从事纳米光电材料与文物保护材料相关研究。主持包括国家自然科学基金、国家重点研发课题等在内的国家及省部级项目20余项，申请国家发明专利24项，以第一作者或通讯作者在Science, Nature Energy, Nature Commun., Sci. Adv., Adv. Mater., Adv. Energy. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Optical Mater.等国际期刊上发表论文近80篇，影响因子大于15的论文20余篇，其中8篇文章入选ESI Top1%高被引论文，10篇文章被选为封面。

冯蕊，西北工业大学副教授。博士毕业于四川大学化学学院，师从王玉忠院士。2023年入职西北工业大学文化遗产研究院，并聘为硕士生导师。致力于高分子材料表界面研究与功能化改性应用研究（湿管理利用、文物保护与功能涂层材料）。入选陕西省科协青年人才托举计划，主持国家自然科学基金青年项目、国家重点研发计划子课题、教育部工程研究中心开发课题等科研项目7项，作为项目骨干参加国家及省部级项目多项，近年在Nat. Commun.，Adv. Mater.，Sci. China Chem.和Chem. Eng. J等期刊发表SCI论文16篇，申请或授权国家发明专利5项，相关研究工作受到麻省理工科技评论专访以及高分子科技、高分子科学前沿、搜狐等媒体报道。

柳翊鹏，中共党员，现西北工业大学材料学院在读硕士生。于2023年在西北工业大学获得学士学位；此后继续在西北工业大学攻读硕士学位，指导老师为李炫华教授，研究方向为空气集水领域及生物质气凝胶设计与应用。