海南大学黄玮&张明鑫团队近日在《Advanced Materials》发表重磅成果，成功研发出介孔纳米凝胶喷雾。这种材料只需轻轻一喷，即可将普通材料升级为“超级蒸发器”：

40mg/cm²喷涂量下，蒸发速率达3.26kg/m²/h（1倍太阳光）

相比原始基底材料，效率最高提升297%

适用木材、滤膜、织物等多种商业化的基底材料

研究背景

水蒸发作为一种自然现象，是自然界和工业生产中至关重要的过程，在光合作用、海水淡化、脱水技术等多个领域中发挥着重要作用。然而，如何提高蒸发效率一直是科研人员关注的焦点。基于水簇蒸发机理，多孔网络结构能够促进水分子以团簇形式逃逸出蒸发界面，从而降低蒸发界面上的能耗（低焓蒸发）；水团簇在空气中，再进一步吸收环境能量破碎成单个气态分子。这种低焓蒸发过程，为提高界面蒸发速率提供了新的途径。近期的研究表面，疏水性孔或者微孔结构能够作为水“活化”的结构单元，促进水簇形成；但这些结构特性对水分子的传输过程会造成较大阻碍，难以适用于快速的界面蒸发过程。如何平衡这种水“活化”和水传输行为成为设计高性能界面蒸发材料的关键难题。

技术亮点

双重结构设计：

• 亲水外壳快速吸水
• 疏水介孔通道打破水分子氢键网络，形成易蒸发的"水簇"
• 蒸发能耗降低32%，分子动力学模拟证实，疏水纳米孔道使水扩散速度提升40%

NG的结构图

纳米喷雾对蒸发材料的界面改性图

纳米喷雾促进水分蒸发的机理图

连续7天循环使用性能稳定，5次浸泡-蒸发循环后效率仅下降14%

NGs@Substrate的实用性图

科学意义

该研究首次提出“表面结构优先”设计理念，用纳米凝胶改性蒸发界面，突破传统块状凝胶无法对水传输和水“活化”结构解耦合设计的局限。

论文信息

《Mesoporous Nanogel Sprays as Universal Evaporation Interface Modifiers for Boosting Water-Cluster Evaporation》

DOI:10.1002/adma.202419243

链接

Mesoporous Nanogel Sprays as Universal Evaporation Interface Modifiers for Boosting Water‐Cluster Evaporation - Zhu - Advanced Materials - Wiley Online Library

https://doi.org/10.1002/adma.202419243

通讯作者

海南大学张明鑫&黄玮  

第一作者

硕士研究生朱海云