1. 文章信息

標題： Self-adaptive temperature-sensitive Janus hydrogel evaporator for water-heat-salt management in solar desalination, catalytic degradation and power generation            

中文標題： 自適應溫敏性的Janus水凝膠蒸發器，用于太陽能海水淡化、催化降解和發電中的水-熱-鹽管理 

頁碼： 631 (2026) 120204 

DOI： 10.1016/j.desal.2026.120204               

2. 文章鏈接

 https://doi.org/10.1016/j.desal.2026.120204

3. 期刊信息

期刊名： Desalination 

ISSN： 0011-9164 

2026年影響因子： 9.8 

分區信息： JCR分區（Q1）,中科院：工程技術 2 區，水資源 1 區，TOP 期刊 

涉及研究方向：界面太陽能蒸發 / 海水淡化 / 水處理 

4. 作者信息：第一作者是 新疆大學 徐婉婷。通訊作者為  新疆大學 劉雄、劉芳菲。

5.產品型號：CEL-S500氙燈光源、CEL-FZ-A輻照計;

文章簡介：

一、 研究背景

全球淡水資源短缺與清潔能源危機是可持續發展面臨的核心挑戰，太陽能驅動界面蒸發技術因在海水淡化、污水處理中的應用潛力成為研究熱點，但實際應用中仍存在難降解有機污染物去除效率低、界面水-熱-鹽傳輸失衡導致鹽析結晶、蒸發過程低溫余熱無法高效利用三大瓶頸。傳統蒸發器難以同步實現污染物深度凈化、高效產水與余熱回收，僅實現功能堆疊而非智能耦合，同時光熱催化材料與宏觀蒸發器件的整合、Janus 界面的穩定構筑仍存在技術壁壘。針對上述問題，本研究以溫敏性水凝膠與g-C3N4/Ti3C2Tx 異質結為核心，研發了一種自適應溫敏性 Janus 水凝膠蒸發器，實現催化凈化、太陽能蒸發、余熱發電三重功能協同，為太陽能驅動水-電聯產系統提供了全新材料與結構設計策略。

二、 本文亮點

1.原位形成了一種自適應熱響應Janus界面，用于動態水-熱-鹽管理。

2. g-C3N4/Ti3C2Tx異質結通過以1O2 和 ·OH為主導的非自由基PMS活化，實現了95.02%的抗生素去除率。

3.該設計實現了三重功能協同，集光催化凈化、太陽能蒸發和余熱發電于一體。

4. Janus水凝膠蒸發器在純水中展現出2.96 kg m-2 h-1的蒸發速率，在20 wt%的鹽水中則為2.33 kg m-2 h-1。

5.通過長期戶外海水淡化及多污染物凈化實驗，驗證了其實際可行性。

三、圖文解析

1. 材料制備與自適應機理示意圖

研究團隊采用一步原位聚合法制備 HP-GT 溫敏水凝膠：首先刻蝕 Ti3AlC2得到Ti3C2Tx MXene，與熱聚合制備的g-C3N4復合形成異質結；再將其與 HPC、丙烯酰胺交聯，得到可光熱響應的復合水凝膠。光照下，光熱效應使表層溫度大于 LCST 點，上層疏水收縮、下層親水溶脹，原位形成不對稱潤濕性 Janus 界面，精準調控水分輸送與熱量分布。

2. 結構表征：g-C3N4均勻負載于Ti3C2Tx 表面，形成緊密接觸的層狀結構，Ti、C、N、O、F 元素均勻分布；XPS、FTIR 結果表明，二者之間存在氫鍵與 N-Ti 配位鍵，有效強化界面電荷分離。復合材料均勻分散于水凝膠體系中，使水凝膠具備優異的力學性能，斷裂伸長率可達295%，經過 100 次壓縮循環仍保持結構穩定，同時擁有良好的形狀恢復能力與可加工性。

3. 溫敏相變與水調控行為：光照下，g-C3N4/Ti3C2Tx異質結的光熱效應使水凝膠表面溫度快速升至 LCST 以上，上層 HPC 分子鏈疏水聚集、孔隙收縮，降低表面含水率以減少熱損失；下層因溫度低于 LCST 保持親水溶脹，持續向上輸送水分，形成不對稱潤濕性梯度的 Janus 界面。該結構實現精準的水分布調控：上層疏水抑鹽、下層親水輸水，同時優化蒸發界面能量分配，降低水蒸發焓。

4. 太陽能蒸發性能：1個太陽光下，純水蒸發速率達2.96 kg m-2 h-1，光熱效率 96.6%；20 wt% 高鹽度鹽水中仍保持2.33 kg m-2 h-1，連續 10 h 蒸發無明顯鹽析，具備優異抗鹽性。對重金屬離子（Pb2+、Cu2+、Zn2+）去除率 > 93.84%，模擬海水離子去除率 > 99%，染料（MB、MO）去除率近 100%，符合 WHO 飲用水標準。

5. 催化降解性能：g-C3N4/Ti3C2Tx 異質結有效活化過一硫酸鹽（PMS），以 1O?與?OH 為主要活性物種，對四環素（TC）去除率達95.02%，速率常數 0.0231 min-1；對羅丹明 B、土霉素等多種污染物均有高效降解效果，5 次循環后降解率仍 > 91%。小麥種子生長實驗證實，降解后廢水毒性顯著降低，具備良好環境相容性。

6.發電性能：利用蒸發界面溫度梯度耦合熱電模塊，1 個太陽光下開路電壓99.7 mV，功率密度275 mW m-2，熱電轉換效率 0.88%，系統總熱效率達 97.48%，實現蒸發產水與余熱發電同步。

四、總結與展望

本研究成功開發了一種智能Janus蒸發器，該裝置將g-C3N4/Ti3C2Tx異質結與熱響應性水凝膠相結合，實現了催化降解、太陽能蒸發和熱電發電的協同集成。光熱效應觸發了熱敏聚合物HPC的相變，促使自適應Janus結構原位形成，從而優化了水-熱-鹽的界面傳輸。在1個太陽光照下，該蒸發系統實現了95.02%的TC降解效率、2.96 kg m-2 h-1的蒸發速率以及96.6%的能量利用效率，同時通過回收蒸發界面的廢熱產生了99.7 mV的熱電電壓。長期戶外測試和實際水處理應用證實，這種智能Janus水凝膠蒸發器具有高穩定性、脫鹽效能和環境兼容性。本研究推動了高效太陽能水-能源聯產的材料與結構設計，并通過光驅動的材料-結構自適應耦合，為在嚴苛環境中構建智能能源-水系統確立了新范式。