目前，淡水资源短缺已成为制约人类与自然可持续发展的重大问题之一。利用丰富无污染的太阳能驱动水蒸发可以从污水或海水中获得清洁淡水，是水净化最有前途的方案之一。高效光/热转换材料的选择、蒸发体表面形貌的调控以及一体式蒸发体的设计是提高水蒸发效率的关键。目前的研究通常采用后期组装的方式将吸光体、水通道以及隔热材料组合成蒸发体，各部分之间并无紧密连接，使用过程中的器件结构稳定性差且制备复杂。此外，隔热材料的选择局限于难降解的聚合物泡沫，众所周知，许多合成聚合物在水中会分解成微塑料颗粒并在生态系统中积累，对环境和人类造成极大的危害。
为了解决以上问题，中国海洋大学徐晓峰教授课题组开发了一种全纤维素基光/热界面蒸发体，通过对纤维素纳米纤维的表面改性，制备了三种具有不同特性的气凝胶，利用纤维素纳米纤维之间的氢键及纤维间缠结将其组合为稳定的一体式结构，实现了自漂浮、高效稳定光/热转换、耐盐性以及良好的机械性能。该蒸发体在一个太阳光的照射下，在无风和4m/s的风速条件下，分别能达到1.82和4.32kg/m2/h的蒸发速率。此外，考虑到在实际应用中部分蒸发体会放置在开放水域，我们成功地将蒸发器件与柔性的纳米摩擦发电机（TENG）结合，实现了对自然水体中波浪信号（高度和频率）的快速响应和监测。
图1.光/热蒸发体的示意图及截面照片该成果以“Solar-DrivenInterfacialEvaporationandSelf-PoweredWaterWaveDetectionBasedonanAll-CelluloseMonolithicDesign”为题，发表在《AdvancedFunctionalMaterials》上（Adv.Funct.Mater.,）。论文的通讯作者是中国海洋大学材料学院徐晓峰教授、李潇逸教授和英国剑桥大学PetriMurto博士，第一作者是中国海洋大学材料学院博士生李娜同学。
图2.蒸发体的制备及表征通过戊二醛和纤维素纳米纤维的交联，提高气凝胶的耐水性和机械性能，该气凝胶作为水传输通道具有快速的水传输能力。将纳米碳粉引入气凝胶中，作为吸光体，实现了高效光/热转换。利用甲基三甲氧基硅烷的水解和聚合对纤维素纳米纤维气凝胶进行疏水改性，作为隔热层，降低热传导损失。在蒸发体的制备过程中，利用模板辅助法增大吸光体表面粗糙度，提高其吸光能力并增大蒸汽溢出面积。
图3.蒸发体的蒸发性能测试利用疏水纤维素气凝胶将吸光体和水体隔开，大幅降低了向水体的传导热损失，蒸发体在1个太阳光照射下的蒸发速率提高至1.82kg/m2/h，实现了纤维素基的蒸发器件中最高的速率之一。本论文系统地研究了空气流动对蒸发性能的影响，在1个太阳光照射下，2m/s的风速中，蒸发速率提高至2.82kg/m2/h，4m/s的风速中，蒸发速率高达4.32kg/m2/h。有趣的是，在黑暗条件下，2m/s和4m/s的风速中，蒸发速率分别为2.07和2.34kg/m2/h，超过了1个太阳光照射下无风的蒸发速率，说明环境能量的摄入及空气流动对蒸发性能的提高非常显著。
图4.蒸发体的波浪探测性能本项目成功地将柔性TENG与蒸发体集成于一体，能自漂浮于水面，随着波浪高度的增加，TENG与水的接触面积增大，输出电流随之增大，实现了对波浪高度信号的快速响应。在自然水体中，波浪的频率通常较低（0.05?10Hz）。集成系统对0.1Hz和0.2Hz两个频率的波浪有较好的响应，表明该系统也能实现对波浪频率信号的检测。中国海洋大学材料学院徐晓峰教授课题组年在高效光/电和光/热转换材料与智能器件领域开展了一系列工作（NanoEnergy,,77,.；J.Mater.Chem.A,,DOI:10./d0taj.），相关工作得到了中国海洋大学材料学院、化学化工学院、海洋生命学院多位合作教授的支持和协助。