2026年5月20日，国际期刊《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》在线发表了题为“Sequential Dynamic Covalent Anchoring of Liquid Metal-Biomass Aerogels for Efficient Solar Desalination”的研究论文。该研究创新性地提出了一种顺序动态共价锚定策略，通过可逆的席夫碱反应，将多巴胺包覆的镓基液态金属纳米液滴（PDA@GLM）锚定到含有醛基的微纤化纤维素（MFC）骨架上，成功构建了分级多孔的复合气凝胶。该方法不仅解决了液态金属在亲水性纤维素网络中难以稳定固定的难题，还通过动态共价界面精确调控了界面水状态。光谱分析表明，该界面有效破坏了水的氢键网络，将中间水/自由水比值提高至2.40，使等效蒸发焓显著降低至约540 J/g。得益于此，该气凝胶在1倍太阳光照下实现了7.25 kg·m⁻²·h⁻¹的蒸发速率和99.81%的光热转换效率，同时在长期运行中表现出优异的抗盐自清洁能力和稳定的淡化性能，室外日淡水产量达11.48 kg/m²。《ACS Sustainable Chemistry & Engineering》是美国化学会（ACS）旗下在可持续化学与工程领域的权威期刊，重点关注绿色化学、生物质资源、能源与环境交叉学科。该研究突破了传统依赖结构设计或输运调控来抑制盐结晶的思路，通过动态共价界面工程将液态金属与生物质气凝胶稳定集成，并首次在同一体系中同时实现了高效光热转化、界面水活化与长效抗盐，为下一代耐用型太阳能海水淡化蒸发器的设计提供了全新的分子工程范式。
论文链接：https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6c01817
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高效界面太阳能蒸发为解决全球淡水短缺问题提供了一种有前景的方案。然而，开发同时具备强机械稳定性和有效调控界面水状态的蒸发材料仍然是一项重大挑战。本文报道了一种反应性骨架介导的顺序锚定策略，用于构建分级生物质气凝胶。利用多巴胺包覆的镓基液态金属（PDA@GLM）纳米液滴与含有潜醛基的微纤化纤维素（MFC）之间的可逆席夫碱相互作用，我们成功制备了PDA@GLM/MFC复合气凝胶。该动态共价界面不仅能够将GLM牢固锚定在纤维素网络中，还能够精准调控界面水状态。光谱分析表明，所设计的界面有效破坏了体相水的氢键网络，将中间水/自由水比值提高至2.40，并将等效蒸发焓显著降低至约540 J/g。得益于这些结构和热力学优势，PDA@GLM/MFC气凝胶在1倍太阳光照下实现了7.25 kg·m⁻²·h⁻¹的太阳能驱动蒸发速率和99.81%的光热转换效率。此外，该蒸发器在高盐环境中表现出优异的抗盐和自清洁能力，室外测试中淡水日产量达到11.48 kg/m²。这项工作提供了一种将液态金属与生物质骨架相结合的可扩展策略，并通过对动态共价界面的工程化设计，为开发耐用、高性能的太阳能蒸发器提供了新思路。
全球淡 水短缺已成为可持续发展面临的重大挑战，海水淡化是增加淡水供应的重要途径。太阳能驱动的界面蒸发（SDIE）因节能环保而受到广泛关注，其中三维多孔生物质基气凝胶（如微纤化纤维素MFC）因其分级孔隙结构和低热导率成为理想骨架。然而，为实现高效蒸发，需要将光热组分引入多孔骨架。镓基液态金属（GLM）因其流体可变形性、等离激元响应和非挥 发性成为有潜力的光热材料，但将其稳定整合到亲水性纤维素气凝胶中面临巨大挑战：GLM表面张力高、润湿性差，传统物理共混或涂覆方法易导致相分离和液滴流失。此外，除了光热转化和热局域化，如何通过界面化学调控水的氢键网络以降低蒸发焓也是提升蒸发性能的关键。因此，亟需发展一种既能稳定锚定液态金属又能调控界面水状态的策略。
顺序动态共价锚定策略
界面水状态精准调控
高效太阳能蒸发性能
优异抗盐自清洁能力
图2. (a)GLM及PDA@GLM纳米液滴的SEM图像；(b)DA、GLM及PDA@GLM纳米液滴的FT-IR光谱；(c)GLM及PDA@GLM纳米液滴的 XPS 谱图；(d)PDA@GLM纳米液滴的C1s XPS 谱与N1s XPS 谱；(f)DA、GLM及PDA@GLM纳米液滴在1小时光照下的表面温度变化曲线；(g)DA、GLM及PDA@GLM纳米液滴在1小时光照下的红外热像图。
图3.图片分别为：(a) MFC；(b) PDA@GLM / MFC；(c) PDA / MFC；(d) GLM / MFC；(e) PDA@GLM / MFC、PDA@GLM及MFC的 XPS 谱图；(f) PDA@GLM / MFC与(g) MFC的C 1s XPS 谱图；(h) PDA@GLM / MFC的N 1s XPS 谱图；(i) PDA@GLM / MFC的Ga 2p XPS 谱图；(j) 不同材料的 FTIR 谱图。
图4. (a)不同尺寸PDA@GLM/MFC材料的显微照片。(b)不同材料在水和空气中承受80%应变时所能耐受的压力。(c)各样品的吸收光谱。(d)干燥蒸发器在1小时太阳光照下的表面温度变化曲线。(e)湿润蒸发器在1小时太阳光照下的表面温度变化曲线。(f)不同湿润样品在1小时太阳光照下表面温度的红外图像。(g)蒸发器在1小时太阳光照下经历五次循环加热与冷却过程中的温度变化曲线。(h)PDA@GLM/MFC材料的N₂吸附-脱附等温线及孔径分布曲线。
图5.(a)自制太阳能蒸发器系统用于水蒸发测量的示意图。(b)不同蒸发器在1小时太阳光照下的水质量变化。(c)不同蒸发器的太阳能驱动蒸发速率及太阳能至水蒸气转化效率。(d)纯水与PDA@GLM/MFC材料在不同时间点于1小时太阳光照下的红外热成像图像。(e)PDA@GLM/MFC材料的水接触角行为特征。(f)PDA@GLM/MFC中水蒸发过程的差示扫描量热（DSC）曲线。(g)PDA@GLM/MFC中三种界面水态的示意图。(h)PDA@GLM/MFC中水分子的拉曼光谱拟合曲线。
图6.(a)不同尺寸PDA@GLM/MFC蒸发器的太阳能驱动蒸发速率。(b)不同盐度范围内PDA@GLM/MFC蒸发器的蒸发质量损失。(c)PDA@GLM/MFC气凝胶表面自清洁性能测试。(d)对PDA@GLM/MFC蒸发器的蒸发稳定性进行了十次连续循环实验。(e)PDA@GLM/MFC蒸发器在模拟海水中的蒸发质量损失。(f)纯化前后海水中四种主要离子浓度变化。(g)纯化前后海水盐浓度变化。(h)蒸发器在强酸和强碱溶液中的性能变化，以及测试纸与pH计监测结果在酸碱溶液纯化前后的对比。
图7. (a)室外太阳能蒸发装置的照片；(b)在3.5 wt% NaCl溶液中进行室外蒸发时，环境温度和相对湿度从09:00到17:00的变化；(c)室外运行期间（09:00–17:00）PDA@GLM/MFC的逐小时平均太阳能驱动蒸发速率；(d) 28天室外测试中的日均太阳能驱动蒸发速率；(e)室外太阳能驱动蒸发过程中蒸发器表面的红外热图像；(f)使用等电极间距的多用表评估脱盐后的水质；(g) PDA@GLM/MFC气凝胶在水中经过100次60%应变压缩循环后的压缩应力-应变曲线。
总之，本研究展示了一种开创性的顺序动态共价锚定策略，用于将液态金属与生物质衍生的纤维素气凝胶相结合，实现高效的太阳能海水淡化。PDA壳层赋予了GLM纳米液滴更好的分散性、增强的光热响应以及反应性氨基，使其能够稳定地渗透到醛基功能化的MFC骨架中。随后PDA@GLM与氧化MFC之间的席夫碱偶联反应生成了动态锚定的复合界面，显著提高了结构稳定性和界面功能性。因此，PDA@GLM/MFC气凝胶表现出显著增强的机械强度、高宽带太阳能吸收、高效的热局域化以及有利的水状态调控。所设计的界面将中间水/自由水（IW/FW）比值提高至2.40，并将等效蒸发焓降低至约540 J/g，从而在1倍太阳光照下实现了7.25 kg·m⁻²·h⁻¹的太阳能驱动蒸发速率和99.81%的光热转换效率。此外，该蒸发器在高盐介质中表现出优异的抗盐性、自清洁能力和长期稳定性，室外淡水日产量达到11.48 kg/m²。这项工作表明，动态共价界面工程是将GLM集成到软生物质骨架中并同时调控界面水状态的有效途径。本文提出的策略为设计用于太阳能海水淡化及相关水处理应用的耐用、高效、环境适应性强的蒸发器提供了一个通用平台。
Kong, L., Zhang, X., Jiang, P., Duan, L., Shen, J., Feng, X., & Wang, J. (2026). Sequential Dynamic Covalent Anchoring of Liquid Metal-Biomass Aerogels for Efficient Solar Desalination. ACS Sustainable Chemistry & Engineering, 14, 9857-9870.https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.6c01817
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资料整理：雷幸悦（阳光净水）
编辑：环境与能源功能材料
雷幸悦（阳光净水课题组）
【资料整理】雷幸悦：资源与环境硕士研究生。
阳光净水课题组：主要研究方向为生物质基环境功能材料、太阳能蒸发材料、磁性吸附材料、污染物吸附和环境催化反应机理。课题组主页：
https://www.x-mol.com/groups/zhuhuayue
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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。
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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55次（Web of Science），国际引用占比73%，2025年5月起入选ESI高被引论文。
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2024年 12 月 24 日，国际期刊《 Separation and Purification Technology 》发表了 阳光净水课题组 题为 “ Intriguing and boosting molybdenum sulfide (MoS2)-based materials for decontamination and purification of wastewater/seawater: An upgraded review” 综述论文。本综述全面总结了近6年（2018-）MoS2基材料（MoS2bMats）提高废水处理和水净化的有效改性策略，并重点阐述了MoS2bMats在环境污染物吸附、光催化降解和还原、Fenton高级氧化、PMS/PS活化氧化、废水脱盐（膜过滤和太阳能蒸发脱盐）等方面的应用。最后，讨论并提出了 MoS 2 bMats 理论研究与应用之间存在差距、工程挑战、未来的研究方向和机遇。 该论文自 2024 年 12 月线上发表以来，现已被引用31 次（ Web of Science ）。
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2025年 06 月 ，国际TOP期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》发表了阳光净水课题组题为 “Sustainable chitosan-based adsorbents for phosphorus recovery and removal from wastewater: A review” 最新 综述论文。本文全面综述了用于废水中磷回收和去除的壳聚糖基吸附材料（CSMats）的性质、改性方法、影响因素。同时，总结了CSMats吸附去除水体磷的主要作用机理（氢键、静电作用、路易斯酸碱相互作用、配体/离子交换和表面沉淀作用）。此外，还归纳了CSMats的再生方法、连续流处理和在实际废水中应用。 最后，讨论了 CSMats除磷材料面临的挑战和未来发展方向。《 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，2025年6月最新影响因子/中科院分区： 8. 50/ TOP 期刊。该论文自 2024 年1 月线上发表以来，现已被引用16 次（Web of Science ），2026年1月入选ESI高被引论文。
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2024 年 1 月，国际期刊《 International Journal of Biological Macromolecules 》期刊发表了阳光净水课题组题为 “A review on chitosan/metal oxide nanocomposites for applications in environmental remediation“ 的综述性论文。更清洁、更安全的环境是未来最重要的要求之一。与传统材料相比，壳聚糖具有丰富的生物相容性、生物降解性、成膜能力和亲水性，是一种更环保的功能材料。由于壳聚糖分子链上丰富的 -NH2 和 -OH 基团可以有效地与各种金属离子螯合，壳聚糖基材料作为金属氧化物纳米材料（ TiO2 、 ZnO 、 SnO2 、 Fe3O4 等）的多功能支撑基质具有巨大的潜力。近年来，许多壳聚糖 / 金属氧化物纳米材料（ CS/MONM ）作为吸附剂、光催化剂、非均相类芬顿试剂和传感器，在环境修复和监测中具有潜在和实际的应用。本综述全面分析和总结了CS/MONMs复合材料的最新进展，这将为CS/MONMs复合材料的制备和废水处理应用提供丰富而有意义的信息，并有助于研究人员更好地了解CS/MONMs复合材料在环境修复与监测中的潜力。该论文自 2024 年 1 月线上发表以来，现已被引用69 次（ Web of Science ），国际引用占比65.0%。
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2024 年 2 月，国际期刊《 Separation and Purification Technology 》发表了阳光净水课题组题为 “ A review on the progress of magnetic chitosan-based materials in water purification and solid-phase extraction of contaminants” 的综述性论文。污染物检测和水净化对于实现环境保护和资源利用非常重要。构建新型功能材料去除各种污染物也变得越来越重要和紧迫。本综述总结了磁性壳聚糖（M-CSbMs）的3种可靠制备策略（原位策略、两步策略和沉积后策略），并详细介绍了M-CSbMs在有效吸附/光催化去除污染物（如重金属离子、有机染料、抗生素和其他污染物）和磁性固相萃取超低浓度污染物等方面的研究进展。最后，提出了 M-CSbMs 目前面临的挑战和前景，以期促进其在水净化和固相萃取污染物方面的实际应用。该论文自 2024 年 2 月发表以来，现已被引用 51 次（ Web of Science ）。
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声明： 1 、环境与能源功能材料公众号分享国际生物质（壳聚糖、纤维素、木质素、海藻酸等）功能材料、太阳能蒸发材料、新型吸附材料、碳基（石墨烯、碳纳米管、碳量子点、生物炭、富勒烯等）材料、 MOFs/HOFs/COFs 材料、光催化材料、 Fenton 材料、产氢材料等相关前沿学术成果，以及其它相关数据处理方法、论文写作和论文投稿等信息，无商业用途。2、本公众号尊重原创和知识产权人的合法权利。如涉及侵权，请立刻联系公众号后台或发送邮件，我们将及时修改或删除。3 、部分图片和资源来源网络或转摘其它公众号！凡注明 " 来源： xxx （非本公众号） " 的作品，均转载自其它媒体，转载目的在于传递更多信息，并不代表本公众号赞同其观点和对其真实性负责，且不承担此类作品侵权行为的直接责任及连带责任。 4 、外文文献翻译目的在于传递更多国际相关领域信息。外文文献由课题组研究生翻译，因学识有限，难免有所疏漏和错误，请读者批判性阅读，也恳请大家批评指正。 5 、欢迎环境与能源材料相关研究成果提供稿件，环境与能源功能材料公众号将会及时推送。联系邮箱：EEmaterials@163.com ； 联系微信号： LeoChuk 。
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