文献解读||西安工程大学支超Small-一种以莲藕为灵感的界面太阳能蒸汽发生器，具有优异的耐盐性和机械性能，可实现高效稳定的海水淡化
西安工程大学支超副教授在Small上发表了一篇题为“A Lotus Seedpods-Inspired Interfacial Solar Steam Generator with Outstanding Salt Tolerance and Mechanical Properties for Efficient and Stable Seawater Desalination”的文章，受莲蓬的启发，通过用等离子体（PSF）处理3D经编间隔织物，并将其与藻酸钠（SA）结合，还原氧化石墨烯（rGO），开发了一种新型ISSG（rGO-SA-PSF）。rGO-SA-PSF利用核心抽吸效应实现快速抽水，并使用气凝胶包裹等离子体处理的间隔纱线，以产生受莲蓬启发的亲水茎，创新性地构建了多个定向输水通道。同时，rGO-SA-PSF在上层的大孔形成了莲蓬风格的头部凹孔，实现了高效的光捕获。在1 kW m−2的光照下，rGO-SA-PSF表现出1.85 kg m−2 h−1的快速蒸发率，效率为96.4%。此外，它在长期海水淡化过程中表现出优异的耐盐性（在10%的盐水中连续蒸发10小时时没有盐积累）和自脱盐性能。这种仿生ISSG为高效稳定的海水淡化和废水净化提供了一种很有前途的解决方案。
研究背景
清洁水对社会经济发展、能源和粮食生产、生态系统健康以及人类生存至关重要。然而，随着全球人口的快速增长和用水量的增加，清洁水资源的缺乏已成为一个紧迫的问题。开发了各种海水淡化技术，如蒸馏、电渗析、多级闪蒸和反渗透。太阳能蒸发技术利用太阳能蒸汽发生器将吸收的太阳能转化为热能产生蒸汽，由于其高效、低能耗和可持续性，被认为是最有前途的海水淡化技术之一。然而，高热能损失导致的低生产效率极大地限制了该技术的进一步扩展和应用。与传统的太阳能蒸发技术相比，太阳能驱动的界面蒸发技术采用漂浮在空气/水界面的界面太阳能蒸汽发生器（ISSG）来吸收太阳能辐射能量并将其转化为热能，从而导致水蒸发。因此，ISSG产生的热能集中在界面区域，而不用于加热本体水，这有助于减少热量损失，并显著提高清洁水生产效率。
太阳能脱盐的一个突出研究重点是制备具有高蒸发率和效率的ISSG。其中，具有高效光热转换能力和高热能利用效率的光热材料是实现高性能ISSG的基础。还原氧化石墨烯（rGO）因其优异的物理和化学性质（大表面积、良好的化学稳定性和优异的光吸收等）而被广泛报道为ISSG制备的光热材料，并在先前的研究中表现出显著的蒸发性能。
除了不同类型的光热材料外，当前ISSG的结构设计也带来了共同的挑战，这些挑战对其蒸发速率和效率产生了重大影响。之前的研究对提高ISSG的性能做出了重大贡献。然而，还需要进一步的研究来开发高性能ISSG，它结合了优异的光吸收、快速的水传输、良好的机械性能和耐盐性。
本文亮点
在本研究中，研究人员研究提出了一种专门设计的具有仿生结构的3D经编间隔织物（SF）。SF的特点是底层有小孔，上层有大孔，通过使用针织技术的间隔纱线相互连接。随后，用等离子体处理SF以产生等离子体处理的SF（PSF），然后将其与藻酸钠（SA）和rGO结合以制备称为rGO-SA-PSF的新型多通道ISSG，如图1a所示。rGO-SA-PSF在光吸收、快速水传输和优异的机械性能方面表现出优异的性能。从图1b中可以明显看出，类似莲藕的抽芯效果是通过PSF底层独特的小孔实现的，可以快速抽水。亲水性茎类似于莲蓬茎，是由等离子体处理的间隔纱线包裹气凝胶形成的，确保了水的有效传输。此外，PSF上层独特的大孔形成了类似莲子头表面结构的凹孔，增强了光吸收并实现了有效的光热转换。在1 kW m−2的光照强度下，rGO-SA-PSF的蒸发率和效率分别高达1.85 kg m−2 h−1和96.4%，超过了大多数利用rGO作为光热材料的ISSG。更重要的是，在rGO-SA-PSF的蒸发过程中，许多垂直方向的定向水传输通道诱导的盐浓度和温度梯度可以产生Marangoni效应，进一步促进盐的溶解和水的蒸发，导致rGO-SA-PSF在长期海水淡化过程中具有优异的耐盐性（在10%盐水中连续蒸发10小时期间没有盐积累）和自脱盐性能。此外，rGO-SA-PSF在处理各种含有重金属离子或化学染料的废水时也表现出优异的净化性能（净化效率高达99%）。总之，本研究为开发高性能ISSG提供了一种新的设计方法。
图文解析
图1 仿生制备具有莲蓬结构的新型多通道ISSG
a）rGO-SA-PSF的制备过程和机理图，以及b）rGO-SA-PSF的仿生示意图
图2
a）等离子体处理前后间隔纱线的SEM图像（左）和气凝胶对间隔纱线的封装（右）。b） 等离子体处理前后间隔纱线的WCG（左）和用气凝胶包裹后的角度（右）。c）rGO-SA-PSF表面的LSCM图像。d）rGO-SA-PSF表面水滴渗透过程的时间序列光学图像证明了其超亲水性。e）SA、GO、GO-SA-PSF和rGO-SA-PSF的FT-IR光谱。GO、GO-SA-PSF和rGO-SA-PSF的拉曼光谱f）、XPS光谱g）和XRD光谱h）。
亮点：图2a显示了等离子体处理前后间隔纱线的SEM图像，以及间隔纱线上气凝胶的封装。在等离子体处理后，在间隔纱线的表面观察到许多颗粒和凹坑，为气凝胶负载提供了更多的活性位点。图2b显示了等离子体处理前后以及气凝胶封装情况下间隔纱线的水接触角（WCG）。低WCG促进了水沿着由气凝胶包封的间隔纱线构建的水道快速输送到rGO-SA-PSF的表面，确保了充足的水供应。激光光谱共聚焦显微镜（LSCM）图像（图2c）看到rGO-SA-PSF表面有许多蜂窝状的凹孔。图2d所示，由于气凝胶的亲水性以及SF的表面粗糙度和多孔纹理，水滴可以在26 ms内穿透rGO-SA-PSF表面的内部。
图3
a）不同样品在紫外-可见-近红外区域（300-2500 nm）的吸收光谱。b）在100°C加热板上加热的rGO-SA、rGO-SA-SF和rGO-SA-PSF的红外热像图。c）在潮湿状态下，不同样品的表面温度会随时间变化。d）不同样品在潮湿状态下的红外热像图。e）COMSOL模拟了rGO-SA和rGO-SA-PSF的表面温度（顶视图），显示了由于rGO-SA-PSF表面上独特的凹孔结构而产生的明显的热局域化效应。f）不同时间点不同样品的含水量。g）通过在不同样品表面放置白色纸巾来证明rGO-SA-PSF的水传输性。h）rGO-SA-PSF在50%应变下10次循环的应力-应变曲线。
亮点：紫外-可见-近红外光谱表明（图3a），rGO-SA-PSF在紫外-可见-近红外区域（300-2500 nm）的光吸收率为≈95.6%，高于rGO-SA（≈89.4%）。通过监测表面温度随时间的变化来评估rGO-SA-PSF的隔热性能（图3b），可见rGO-SA-PSF表现出优异的隔热性能。
潮湿状态下，在1 kW m−2的光照下，rGO-SA-PSF在任何时刻都始终表现出比rGO-SA更高的表面温度。此外，rGO-SA-PSF的表面温度分布在30分钟的太阳照射后保持均匀（图3d）。这些实验结果表明，rGO-SA-PSF比rGO-SA更有效、更快速地将吸收的光能转化为热量，从而表现出优异的光热性能。且COMSOL模拟结果与实际实验结果一致，证明具有莲蓬头状凹孔的rGO-SA-PSF比rGO-SA表现出更重要的光热特性（图3e）。
此外，rGO-SA-PSF是由于其核心吸收和多向输水通道的协同作用使其具有快速的水分传输能力（图3f）。并且rGO-SA-PSF的低含水量有效地阻止了热传导，从而降低了热损失。这与低热导率测试的结果一致。图3h显示，rGO-SA-PSF具有良好的机械性能。
图4
a） 在1 kW m−2的光照下，不同样品的水质量随时间的变化。b）rGO- SA、rGO-SA-SF和rGO-SA-PSF的蒸发性能比较。c）rGO-SA-PSF在不同光学浓度下随太阳照射时间的水质量变化。d）rGO-SA-PSF在不同光浓度下的蒸发性能。e）rGO-SA-PSF的蒸发性能与先前报道的基于rGO的ISSG的蒸发性能的比较。f）rGO-SA、rGO-SA-SF和rGO-SA-PSF在模拟海水溶液（3.5 wt%NaCl溶液）中的蒸发性能。g）海水淡化前后人工海水中四种主要离子的浓度（虚线分别代表世界卫生组织和环保局制定的安全盐度标准）。h）测量人造海水、收集的蒸汽水和生活用水的电阻值。i）rGO-SA-PSF和rGO-SA的光吸收性能、水传输性能、机械性能、蒸发速率和蒸发效率的比较。
亮点：记录了纯水（在黑暗条件下）、纯水、rGO-SA、rGO-SA-SF和rGO-SA-PSF的水质量随时间的变化，如图4a所示。结果表明，在1kW m−2的光照下，rGO-SA-PSF光照1小时后的水质量变化最高，达到显著的1.85 kg m−2。图4b显示，rGO-SA-PSF的蒸发速率达到1.85 kg m−1 h−1，蒸发效率为96.4%。这种差异可归因于rGO-SA-PSF中独特的运输通道，其具有更高的水运输能力。
还研究了rGO-SA-PSF在不同光学浓度下的蒸发性能（图4c）。质量变化随着光学浓度的增加而增加，表明rGO-SA-PSF具有优异的光热敏感性。rGO-SA-PSF在不同光学浓度下的最大蒸发效率达到≈97%（图4d），表明其在大多数地区具有优异的蒸发稳定性和对不同光照条件的适用性。模拟海水溶液（3.5wt%NaCl溶液）上的蒸发性能（图4f），rGO-SA-PSF表现出优异的蒸发性能，它能够持续有效地供水，从而最大限度地减少盐晶体在输水通道中的堵塞。进一步分析rGO-SA-PSF的脱盐能力，并使用ICP-OES评估蒸汽水中的离子浓度（图4g）。结果表明，海水淡化是成功的，生产的蒸汽水符合饮用水标准。
图5
a）rGO-SA-PSF在模拟死海水溶液中连续脱盐10小时的蒸发性能。b） rGO-SA-PSF在模拟平均盐度水溶液（3.5wt%NaCl溶液）中自脱盐10个循环期间的质量变化（左轴）和效率（右轴）。c）rGO-SA-PSF的耐盐性机制。d）实际太阳能驱动脱盐装置的示意图（左）和光学照片（右）。e）室外试验期间的环境温度和湿度。f）室外试验期间的光照强度和蒸发率。g）rGO-SA-PSF在不同天气条件下（7天）的总集水量。h）海水淡化前后四种主要海水离子浓度的变化。
亮点：另一个深刻影响ISSG实际使用的关键问题是其在海水淡化和盐结晶沉淀过程中的长期耐用性。使用模拟死海水溶液连续评估rGO-SA-PSF的海水淡化性能10小时，如图5a所示。在1 kW m−2光照下连续运行10 h后，rGO-SA-PSF的蒸发率和效率略有下降，但仍相对较高，分别为1.77 kg m−2 h−1和92.4%。进行循环脱盐试验以评估rGO-SA-PSF的可重复使用性（图5b）。不同循环的水质变化趋势大致一致，蒸发效率保持在≈94%。
rGO-SA-PSF优异的耐盐性和自脱盐性能主要归因于亲水性气凝胶形成的多孔结构，以及用气凝胶包裹的等离子体处理的间隔纱线构建的许多定向和高效的水传输通道（图5c）。连接蒸发界面和本体水的通道不仅确保了盐沿着从高盐浓度蒸发器表面到低盐浓度本体水的最短路径扩散和转移，同时，这些通道内更快的水速度也促进了rGO-SA-PSF盐交换。rGO-SA-PSF在不同的天气条件下表现出较高的集水量（图5g），表明其具有良好的蒸发性能和环境适应性。
图6
a）太阳能废水净化前后的重金属离子浓度。b）太阳能驱动废水净化后重金属离子的去除率。c）模拟工业废水、蒸汽水和生活用水的电阻值。太阳能驱动废水净化前后d）MO、e）MB和f）RB溶液（10 mg L−1）的吸收光谱（图（d）、（e）和（f）为净化前后MO、MB和RB的光学照片）。g）净化前后HNO3和NaOH溶液的pH值的比较表明rGO-SA-PSF具有中和酸碱废水的能力。
亮点：使用各种重金属离子模拟工业废水，以评估rGO-SA-PSF太阳能驱动废水净化的性能。模拟工业废水中去除率超过99%。模拟工业废水、蒸汽水和生活用水的电阻值分别为1.209 KΩ、1.822 MΩ和1.481 MΩ（图6c）。这些结果表明，净化后的模拟工业废水的质量非常高，证明了rGO-SA-PSF的卓越净化效率。采用MO、MB和RB溶液模拟化学染料污染物，以评估rGO-SA-PSF的纯化能力。如图6d-f所示，使用紫外-可见分光光度计分析纯化前后溶液的吸光度。可以看出，MO、MB和RB的特征吸收峰在纯化后完全消失，表明染料的截留率≈100%。这些结果表明，rGO-SA-PSF能有效地净化染料污染的废水。
结论
综上所述，受莲蓬自然结构的启发，研究提出了一种具有莲蓬仿生结构的新型ISSG（rGO-SA-PSF），该ISSG由SA、rGO和PSF复合制成。rGO-SA-PSF通过PSF底层小孔产生的莲蓬状抽芯效应实现了快速抽水，并通过等离子体处理的气凝胶包埋间隔纱线构建的多向输水通道实现了高效输水。此外，由PSF上层独特的大孔形成的类似莲蓬头的凹孔能够有效地收集光。独特的仿生结构设计赋予rGO-SA-PSF高效的光吸收（吸收率≈95.6%）、快速的水传输能力（仅在4秒内实现36.5 g g−1的饱和吸水率）和优异的机械性能（50%应变下应力高达36.4 kPa）。因此，rGO-SA-PSF在1 kW m−2的光照下表现出1.85 kg m−2 h−1的惊人蒸发率和96.4%的效率。此外，丰富的定向输水通道在垂直方向上产生的盐浓度和温度梯度可以诱导Marangoni效应，从而促进盐的溶解和水的蒸发。这种情况使rGO-SA-PSF能够在10%的盐水中连续蒸发水10小时，而不会在其表面积聚盐，证明了rGO-SA-PSF卓越的耐盐性和自脱盐性能。此外，rGO-SA-PSF在处理含有重金属离子或化学染料的废水时表现出显著的净化效率。
西安工程大学支超副教授在Small上发表了一篇题为“A Lotus Seedpods-Inspired Interfacial Solar Steam Generator with Outstanding Salt Tolerance and Mechanical Properties for Efficient and Stable Seawater Desalination”的文章，受莲蓬的启发，通过用等离子体（PSF）处理3D经编间隔织物，并将其与藻酸钠（SA）结合，还原氧化石墨烯（rGO），开发了一种新型ISSG（rGO-SA-PSF）。rGO-SA-PSF利用核心抽吸效应实现快速抽水，并使用气凝胶包裹等离子体处理的间隔纱线，以产生受莲蓬启发的亲水茎，创新性地构建了多个定向输水通道。同时，rGO-SA-PSF在上层的大孔形成了莲蓬风格的头部凹孔，实现了高效的光捕获。在1 kW m−2的光照下，rGO-SA-PSF表现出1.85 kg m−2 h−1的快速蒸发率，效率为96.4%。此外，它在长期海水淡化过程中表现出优异的耐盐性（在10%的盐水中连续蒸发10小时时没有盐积累）和自脱盐性能。这种仿生ISSG为高效稳定的海水淡化和废水净化提供了一种很有前途的解决方案。
研究背景
清洁水对社会经济发展、能源和粮食生产、生态系统健康以及人类生存至关重要。然而，随着全球人口的快速增长和用水量的增加，清洁水资源的缺乏已成为一个紧迫的问题。开发了各种海水淡化技术，如蒸馏、电渗析、多级闪蒸和反渗透。太阳能蒸发技术利用太阳能蒸汽发生器将吸收的太阳能转化为热能产生蒸汽，由于其高效、低能耗和可持续性，被认为是最有前途的海水淡化技术之一。然而，高热能损失导致的低生产效率极大地限制了该技术的进一步扩展和应用。与传统的太阳能蒸发技术相比，太阳能驱动的界面蒸发技术采用漂浮在空气/水界面的界面太阳能蒸汽发生器（ISSG）来吸收太阳能辐射能量并将其转化为热能，从而导致水蒸发。因此，ISSG产生的热能集中在界面区域，而不用于加热本体水，这有助于减少热量损失，并显著提高清洁水生产效率。
太阳能脱盐的一个突出研究重点是制备具有高蒸发率和效率的ISSG。其中，具有高效光热转换能力和高热能利用效率的光热材料是实现高性能ISSG的基础。还原氧化石墨烯（rGO）因其优异的物理和化学性质（大表面积、良好的化学稳定性和优异的光吸收等）而被广泛报道为ISSG制备的光热材料，并在先前的研究中表现出显著的蒸发性能。
除了不同类型的光热材料外，当前ISSG的结构设计也带来了共同的挑战，这些挑战对其蒸发速率和效率产生了重大影响。之前的研究对提高ISSG的性能做出了重大贡献。然而，还需要进一步的研究来开发高性能ISSG，它结合了优异的光吸收、快速的水传输、良好的机械性能和耐盐性。
本文亮点
在本研究中，研究人员研究提出了一种专门设计的具有仿生结构的3D经编间隔织物（SF）。SF的特点是底层有小孔，上层有大孔，通过使用针织技术的间隔纱线相互连接。随后，用等离子体处理SF以产生等离子体处理的SF（PSF），然后将其与藻酸钠（SA）和rGO结合以制备称为rGO-SA-PSF的新型多通道ISSG，如图1a所示。rGO-SA-PSF在光吸收、快速水传输和优异的机械性能方面表现出优异的性能。从图1b中可以明显看出，类似莲藕的抽芯效果是通过PSF底层独特的小孔实现的，可以快速抽水。亲水性茎类似于莲蓬茎，是由等离子体处理的间隔纱线包裹气凝胶形成的，确保了水的有效传输。此外，PSF上层独特的大孔形成了类似莲子头表面结构的凹孔，增强了光吸收并实现了有效的光热转换。在1 kW m−2的光照强度下，rGO-SA-PSF的蒸发率和效率分别高达1.85 kg m−2 h−1和96.4%，超过了大多数利用rGO作为光热材料的ISSG。更重要的是，在rGO-SA-PSF的蒸发过程中，许多垂直方向的定向水传输通道诱导的盐浓度和温度梯度可以产生Marangoni效应，进一步促进盐的溶解和水的蒸发，导致rGO-SA-PSF在长期海水淡化过程中具有优异的耐盐性（在10%盐水中连续蒸发10小时期间没有盐积累）和自脱盐性能。此外，rGO-SA-PSF在处理各种含有重金属离子或化学染料的废水时也表现出优异的净化性能（净化效率高达99%）。总之，本研究为开发高性能ISSG提供了一种新的设计方法。
图文解析
图1 仿生制备具有莲蓬结构的新型多通道ISSG
a）rGO-SA-PSF的制备过程和机理图，以及b）rGO-SA-PSF的仿生示意图
图2
a）等离子体处理前后间隔纱线的SEM图像（左）和气凝胶对间隔纱线的封装（右）。b） 等离子体处理前后间隔纱线的WCG（左）和用气凝胶包裹后的角度（右）。c）rGO-SA-PSF表面的LSCM图像。d）rGO-SA-PSF表面水滴渗透过程的时间序列光学图像证明了其超亲水性。e）SA、GO、GO-SA-PSF和rGO-SA-PSF的FT-IR光谱。GO、GO-SA-PSF和rGO-SA-PSF的拉曼光谱f）、XPS光谱g）和XRD光谱h）。
亮点：图2a显示了等离子体处理前后间隔纱线的SEM图像，以及间隔纱线上气凝胶的封装。在等离子体处理后，在间隔纱线的表面观察到许多颗粒和凹坑，为气凝胶负载提供了更多的活性位点。图2b显示了等离子体处理前后以及气凝胶封装情况下间隔纱线的水接触角（WCG）。低WCG促进了水沿着由气凝胶包封的间隔纱线构建的水道快速输送到rGO-SA-PSF的表面，确保了充足的水供应。激光光谱共聚焦显微镜（LSCM）图像（图2c）看到rGO-SA-PSF表面有许多蜂窝状的凹孔。图2d所示，由于气凝胶的亲水性以及SF的表面粗糙度和多孔纹理，水滴可以在26 ms内穿透rGO-SA-PSF表面的内部。
图3
a）不同样品在紫外-可见-近红外区域（300-2500 nm）的吸收光谱。b）在100°C加热板上加热的rGO-SA、rGO-SA-SF和rGO-SA-PSF的红外热像图。c）在潮湿状态下，不同样品的表面温度会随时间变化。d）不同样品在潮湿状态下的红外热像图。e）COMSOL模拟了rGO-SA和rGO-SA-PSF的表面温度（顶视图），显示了由于rGO-SA-PSF表面上独特的凹孔结构而产生的明显的热局域化效应。f）不同时间点不同样品的含水量。g）通过在不同样品表面放置白色纸巾来证明rGO-SA-PSF的水传输性。h）rGO-SA-PSF在50%应变下10次循环的应力-应变曲线。
亮点：紫外-可见-近红外光谱表明（图3a），rGO-SA-PSF在紫外-可见-近红外区域（300-2500 nm）的光吸收率为≈95.6%，高于rGO-SA（≈89.4%）。通过监测表面温度随时间的变化来评估rGO-SA-PSF的隔热性能（图3b），可见rGO-SA-PSF表现出优异的隔热性能。
潮湿状态下，在1 kW m−2的光照下，rGO-SA-PSF在任何时刻都始终表现出比rGO-SA更高的表面温度。此外，rGO-SA-PSF的表面温度分布在30分钟的太阳照射后保持均匀（图3d）。这些实验结果表明，rGO-SA-PSF比rGO-SA更有效、更快速地将吸收的光能转化为热量，从而表现出优异的光热性能。且COMSOL模拟结果与实际实验结果一致，证明具有莲蓬头状凹孔的rGO-SA-PSF比rGO-SA表现出更重要的光热特性（图3e）。
此外，rGO-SA-PSF是由于其核心吸收和多向输水通道的协同作用使其具有快速的水分传输能力（图3f）。并且rGO-SA-PSF的低含水量有效地阻止了热传导，从而降低了热损失。这与低热导率测试的结果一致。图3h显示，rGO-SA-PSF具有良好的机械性能。
图4
a） 在1 kW m−2的光照下，不同样品的水质量随时间的变化。b）rGO- SA、rGO-SA-SF和rGO-SA-PSF的蒸发性能比较。c）rGO-SA-PSF在不同光学浓度下随太阳照射时间的水质量变化。d）rGO-SA-PSF在不同光浓度下的蒸发性能。e）rGO-SA-PSF的蒸发性能与先前报道的基于rGO的ISSG的蒸发性能的比较。f）rGO-SA、rGO-SA-SF和rGO-SA-PSF在模拟海水溶液（3.5 wt%NaCl溶液）中的蒸发性能。g）海水淡化前后人工海水中四种主要离子的浓度（虚线分别代表世界卫生组织和环保局制定的安全盐度标准）。h）测量人造海水、收集的蒸汽水和生活用水的电阻值。i）rGO-SA-PSF和rGO-SA的光吸收性能、水传输性能、机械性能、蒸发速率和蒸发效率的比较。
亮点：记录了纯水（在黑暗条件下）、纯水、rGO-SA、rGO-SA-SF和rGO-SA-PSF的水质量随时间的变化，如图4a所示。结果表明，在1kW m−2的光照下，rGO-SA-PSF光照1小时后的水质量变化最高，达到显著的1.85 kg m−2。图4b显示，rGO-SA-PSF的蒸发速率达到1.85 kg m−1 h−1，蒸发效率为96.4%。这种差异可归因于rGO-SA-PSF中独特的运输通道，其具有更高的水运输能力。
还研究了rGO-SA-PSF在不同光学浓度下的蒸发性能（图4c）。质量变化随着光学浓度的增加而增加，表明rGO-SA-PSF具有优异的光热敏感性。rGO-SA-PSF在不同光学浓度下的最大蒸发效率达到≈97%（图4d），表明其在大多数地区具有优异的蒸发稳定性和对不同光照条件的适用性。模拟海水溶液（3.5wt%NaCl溶液）上的蒸发性能（图4f），rGO-SA-PSF表现出优异的蒸发性能，它能够持续有效地供水，从而最大限度地减少盐晶体在输水通道中的堵塞。进一步分析rGO-SA-PSF的脱盐能力，并使用ICP-OES评估蒸汽水中的离子浓度（图4g）。结果表明，海水淡化是成功的，生产的蒸汽水符合饮用水标准。
图5
a）rGO-SA-PSF在模拟死海水溶液中连续脱盐10小时的蒸发性能。b） rGO-SA-PSF在模拟平均盐度水溶液（3.5wt%NaCl溶液）中自脱盐10个循环期间的质量变化（左轴）和效率（右轴）。c）rGO-SA-PSF的耐盐性机制。d）实际太阳能驱动脱盐装置的示意图（左）和光学照片（右）。e）室外试验期间的环境温度和湿度。f）室外试验期间的光照强度和蒸发率。g）rGO-SA-PSF在不同天气条件下（7天）的总集水量。h）海水淡化前后四种主要海水离子浓度的变化。
亮点：另一个深刻影响ISSG实际使用的关键问题是其在海水淡化和盐结晶沉淀过程中的长期耐用性。使用模拟死海水溶液连续评估rGO-SA-PSF的海水淡化性能10小时，如图5a所示。在1 kW m−2光照下连续运行10 h后，rGO-SA-PSF的蒸发率和效率略有下降，但仍相对较高，分别为1.77 kg m−2 h−1和92.4%。进行循环脱盐试验以评估rGO-SA-PSF的可重复使用性（图5b）。不同循环的水质变化趋势大致一致，蒸发效率保持在≈94%。
rGO-SA-PSF优异的耐盐性和自脱盐性能主要归因于亲水性气凝胶形成的多孔结构，以及用气凝胶包裹的等离子体处理的间隔纱线构建的许多定向和高效的水传输通道（图5c）。连接蒸发界面和本体水的通道不仅确保了盐沿着从高盐浓度蒸发器表面到低盐浓度本体水的最短路径扩散和转移，同时，这些通道内更快的水速度也促进了rGO-SA-PSF盐交换。rGO-SA-PSF在不同的天气条件下表现出较高的集水量（图5g），表明其具有良好的蒸发性能和环境适应性。
图6
a）太阳能废水净化前后的重金属离子浓度。b）太阳能驱动废水净化后重金属离子的去除率。c）模拟工业废水、蒸汽水和生活用水的电阻值。太阳能驱动废水净化前后d）MO、e）MB和f）RB溶液（10 mg L−1）的吸收光谱（图（d）、（e）和（f）为净化前后MO、MB和RB的光学照片）。g）净化前后HNO3和NaOH溶液的pH值的比较表明rGO-SA-PSF具有中和酸碱废水的能力。
亮点：使用各种重金属离子模拟工业废水，以评估rGO-SA-PSF太阳能驱动废水净化的性能。模拟工业废水中去除率超过99%。模拟工业废水、蒸汽水和生活用水的电阻值分别为1.209 KΩ、1.822 MΩ和1.481 MΩ（图6c）。这些结果表明，净化后的模拟工业废水的质量非常高，证明了rGO-SA-PSF的卓越净化效率。采用MO、MB和RB溶液模拟化学染料污染物，以评估rGO-SA-PSF的纯化能力。如图6d-f所示，使用紫外-可见分光光度计分析纯化前后溶液的吸光度。可以看出，MO、MB和RB的特征吸收峰在纯化后完全消失，表明染料的截留率≈100%。这些结果表明，rGO-SA-PSF能有效地净化染料污染的废水。
结论
综上所述，受莲蓬自然结构的启发，研究提出了一种具有莲蓬仿生结构的新型ISSG（rGO-SA-PSF），该ISSG由SA、rGO和PSF复合制成。rGO-SA-PSF通过PSF底层小孔产生的莲蓬状抽芯效应实现了快速抽水，并通过等离子体处理的气凝胶包埋间隔纱线构建的多向输水通道实现了高效输水。此外，由PSF上层独特的大孔形成的类似莲蓬头的凹孔能够有效地收集光。独特的仿生结构设计赋予rGO-SA-PSF高效的光吸收（吸收率≈95.6%）、快速的水传输能力（仅在4秒内实现36.5 g g−1的饱和吸水率）和优异的机械性能（50%应变下应力高达36.4 kPa）。因此，rGO-SA-PSF在1 kW m−2的光照下表现出1.85 kg m−2 h−1的惊人蒸发率和96.4%的效率。此外，丰富的定向输水通道在垂直方向上产生的盐浓度和温度梯度可以诱导Marangoni效应，从而促进盐的溶解和水的蒸发。这种情况使rGO-SA-PSF能够在10%的盐水中连续蒸发水10小时，而不会在其表面积聚盐，证明了rGO-SA-PSF卓越的耐盐性和自脱盐性能。此外，rGO-SA-PSF在处理含有重金属离子或化学染料的废水时表现出显著的净化效率。
