2026年1月29日，国际期刊《Langmuir》在线发表了题为“Radiative layered nanofibers aerogel with superior salt-resistant and antibacterial properties for efficient solar-driven interfacial evaporation”的研究性论文。武汉纺织大学王栋、武艺团队成功研发制备了一种新型径向层状石墨烯纳米片/乙烯-乙烯醇共聚物（GN/EVOH）纳米纤维气凝胶。这种分层结构促进了水和盐离子在垂直和径向方向上的协同传输，有效抑制了盐分积累，同时石墨烯的加入还为蒸发器赋予了强大的抗菌性能。通过在真实海水、高盐卤水及多种复杂废水中的稳定净化表现，该材料进一步验证了其在应对实际场景中淡水短缺问题方面的强大应用潜力。《Langmuir》是表面与界面科学领域的权威国际期刊，致力于发表胶体、界面与材料化学方面的前沿研究。其高效的审稿流程和跨学科的研究主题使其成为学术交流的重要平台。
第一作者：王梦琦
通讯作者：王栋武艺
通讯单位：武汉纺织大学
论文链接：https://doi.org/10.1021/acs.langmuir.5c05538
太阳能界面蒸发作为一种可持续、环保的海水淡化技术备受关注，但其仍面临输水能力有限、盐结晶、生物污损及长期稳定性不足等关键挑战。本研究通过石墨烯纳米片诱导组装与径向冰模板法制备了辐射层状石墨烯纳米片/乙烯-乙烯醇共聚物（GN/EVOH）纳米纤维气凝胶。该分级结构促进了水分与盐离子在垂直与径向的协同输运，有效抑制了盐分积累。石墨烯的引入还赋予蒸发器抗菌性能。在1太阳光照强度（1 kW·m⁻²）下，该气凝胶实现了2.14 kg·m⁻²·h⁻¹的高蒸发速率，能量转换效率达98%。在20 wt%高浓度盐水中经历多次循环仍保持稳定性能，未出现盐结晶现象，展现出优异的抗盐能力。此外，该蒸发器对模拟海水、染料废水、酸/碱溶液及油水乳液均表现出高效净化性能。这些结果表明，所设计的蒸发器在海水淡化与废水处理领域具有实际应用潜力。
随着全球人口增长、工业化进程加速以及气候变化与污染问题加剧，淡水短缺已成为世界性挑战。传统的蒸馏、电渗析和反渗透等技术能耗高、环境影响大。相比之下，基于光热材料的太阳能界面蒸发技术，因其可持续和环境友好的特点，被认为是极具前景的清洁水生产技术。然而，如何在实际应用中实现高效的水传输、抑制表面盐结晶和生物污损，从而确保长期运行稳定性，仍是该领域面临的关键挑战。
1、通过石墨烯纳米片诱导组装与径向冰模板法，构建了垂直与径向双向通道的辐射层状结构。
2、该结构同时促进水分和盐离子的垂直与径向协同输送，有效抑制盐结晶积累，提升抗盐性能。在20 wt%高盐水中连续运行24个循环，表面无盐结晶，蒸发速率保持稳定。
3、在1个太阳光照强度（1 kW m⁻²）下，该气凝胶蒸发器实现了 2.14 kg m⁻² h⁻¹的高蒸发速率，能量转换效率高达 98%。
4、石墨烯赋予材料优良抗菌性，具有显著的抑菌圈和杀菌能力，在处理实际湖水时也能有效抑制细菌生长。
5、该蒸发器在模拟海水、染料废水、酸碱溶液及油水乳液等多种复杂水体的净化处理中均表现出色。
图1 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶的制备流程示意图。
图2 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶的双通道结构扫描电镜照片。
图3 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶机械稳定性、热导率与亲水性测试。
图4 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶光热蒸发性能。
图5 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶淡化性能。
图6 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶户外实验。
图7 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶抗盐性能。
图8 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶抗菌性能。
综上所述，本研究采用石墨烯纳米片诱导组装技术，通过径向冰模板法，制备了由石墨烯纳米片与乙烯-乙烯醇共聚物（GN/EVOH）构成的辐射层状纳米纤维气凝胶蒸发器。所设计的辐射层状结构能够促进水分和盐离子的双向传输，从而有效抑制盐分积累。此外，石墨烯的加入赋予了蒸发器优异的抗菌性能。在1太阳光照强度（1 kW·m⁻²）下，GN/EVOH-2%气凝胶实现了2.14 kg·m⁻²·h⁻¹的高蒸发速率，能量转换效率高达98%。在室外实际环境测试中，该蒸发器在10小时内累计淡水产量达 15.17 kg m⁻²，足以满足一个家庭的日饮用水需求。此外，该蒸发器在模拟海水、染料废水、酸碱溶液及油水乳液等多种复杂水体的净化处理中均表现出色。这一系列优异性能，使其在海水淡化和废水处理领域展现出广阔的应用前景。
识别上方二维码访问论文原文
资料整理：王梦琦
编辑：环境与能源功能材料
审核：武艺
王栋，武汉纺织大学二级教授，博导，现任武汉纺织大学党委常委，副校长、研究生院院长、学科办主任，纺织纤维及制品教育部重点实验室主任。获评国家“万人计划”青年拔尖人才、教育部“新世纪优秀人才”，享受国务院政府特殊津贴。荣获全国五一劳动奖章、美国纤维学会杰出成就奖、中国青年科技奖、中国纺织工程学会纺织学术大奖等奖项。长期致力于先进纤维新材料及其与生物、电子、能源、环境等交叉学科领域的创新研究工作。
武艺，武汉纺织大学技术研究院副教授，硕士生导师，入选湖北省楚天学者计划。主要从事仿生超浸润材料和纤维基过滤分离材料研究，以第一/通讯作者在ACS Nano, Nano Lett., Chem. Eng. J.,等期刊上发表SCI论文20余篇，申请国家发明专利9项，授权5项。目前主持国家自然科学基金、湖北省自然科学基金、湖北省教育厅科研项目等10余项。
壳聚糖丨纤维素丨MOF材料丨石墨烯丨碳纳米管丨MXenes丨硫化钼丨催化材料丨蒸发材料丨吸附材料丨电极材料丨除磷材料丨产氢材料
2025年9月，国际TOP期刊《International Journal of Biological Macromolecules》发表了阳光净水课题组题为“Multifunctional and sustainable chitosan-based interfacial materials for effective water evaporation, desalination, and wastewater purification: A review”的综述性论文。根据Web of Science检索，这是国际上首篇全面论述多功能和可持续壳聚糖基界面蒸发材料在废水处理和水净化中应用的综述性论文。本文总结了壳聚糖基太阳能界面蒸发器（CS-SIE）四种类型（水凝胶、气凝胶、海绵和膜）、五种改性材料和在水污染控制中应用。最后，总结了CS-SIEs在际应用中仍面临挑战。《International Journal of Biological Macromolecules》主要聚焦于天然大分子的化学改性及其在生物、环境、制药、食品等领域的工业应用，最新中科院分区：8.50/二区TOP期刊。
识别上方二维码查看全文
2024年06月08日，国际期刊《International Journal of Biological Macromolecules》发表了阳光净水课题组题为“Sustainable chitosan-based materials as heterogeneous catalyst for application in wastewater treatment and water purification: An up-to-date review”综述论文。根据Web of Science检索，这是国际上首篇全面论述壳聚糖基异相催化剂在废水处理和水净化中应用的综述性论文。本综述概述了金属氧化物/壳聚糖基复合材料（MOs@CSbMs）、金属硫化物/壳聚糖基复合材料（MSs@CSbMs）、铋基半导体/壳聚糖基复合材料（BibSCs@CSbMs）、金属有机框架/壳聚糖基复合材料（MOFs@CSbMs）和纳米零价金属/壳聚糖基复合材料（NZVMs@CSbMs）等5种Cat@CSbMs材料的制备策略及作为助催化剂、光催化剂、类芬顿试剂在处理各类废水中的应用进展。该综述不仅加深了对环境功能材料与环境污染控制作用的理解，也为未来Cat@CSbM在污染物吸附和富集、光催化氧化降解污染物和还原金属离子等相关领域的研究提供了参考和启示。该论文自2024年6月发表以来，现已被引用45次（Web of Science），国际引用占比73%，2025年5月起入选ESI高被引论文。
图2 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶的双通道结构扫描电镜照片。
图4 GN/EVOH辐射层状纳米纤维气凝胶光热蒸发性能。
