面对全球淡水资源日益匮乏的挑战，太阳能驱动界面蒸发技术因其能够利用可再生能源进行海水淡化和污水处理而备受关注。然而，该领域的发展面临多重科学与技术瓶颈：传统光热材料的蒸发效率有限、长期运行下蒸发表面的盐分析出问题、太阳能间歇性导致的无法连续工作，以及产水过程中可能存在的微塑料等新兴污染物风险。因此，开发一种能够同时实现高效光热转换、具备抗盐性、可全天候运行且能保障产水水质的多功能光热层，成为推动该技术走向实际应用的关键。

       论文概要

       2026年3月2日，湖南医科大学陈刚团队在期刊Advanced Engineering Materials上发表了题为“Multifunctional Nanoporous Flash Graphene Coating for Solar Evaporator with Salt Resistance, Microplastic Rejection, and All-Day Purification”的研究论文。本研究提出了一种基于闪蒸石墨烯的新型多功能纳米多孔涂层，用于构建高性能太阳能蒸发器。研究团队采用闪蒸焦耳加热技术，以碳黑为原料，在真空条件下通过高压电容器瞬间放电（250 V电压，1000 ms），在毫秒级时间内将反应物加热至3000 K以上，从而快速、低成本地合成了具有涡轮层堆叠结构的闪蒸石墨烯。该方法无需复杂设备，制备效率高（克级/秒），且所获石墨烯层间相互作用弱、分散性优异。随后，将闪蒸石墨烯与高分子树脂混合配制成墨水，涂覆于亲水性三聚氰胺泡沫上，形成独特的Janus结构蒸发器。核心发现表明，该闪蒸石墨烯涂层不仅实现了高达93.8%的宽带太阳光吸收率和优异的透气性，其疏水特性与纳米多孔结构更赋予了蒸发器卓越的抗盐结晶能力和高效阻截微塑料（去除率>99.9%）的能力。最终，该系统在1个太阳照射下实现了3.08 kg m⁻² h⁻¹的蒸发速率和95.3%的光热转换效率，并可通过焦耳热效应在夜间或弱光条件下持续工作，实现了全天候高效海水淡化与水净化。

       图文解读

       图1：闪蒸石墨烯的合成与多功能太阳能蒸发器示意图。 (a) 以碳黑为原料，通过闪蒸焦耳加热技术在毫秒级时间内合成闪蒸石墨烯的过程示意图。(b) 基于闪蒸石墨烯涂层的蒸发器结构与工作原理图。该蒸发器由底部的亲水性三聚氰胺泡沫和顶部的疏水性闪蒸石墨烯光热层构成Janus结构，可利用太阳光或电能进行界面加热，同时实现抗盐、阻截微塑料和全天候海水淡化的多重功能。

       图2：闪蒸石墨烯的表征与蒸发器微观结构。 (a) 从碳黑制备闪蒸石墨烯，到配制闪蒸石墨烯树脂，最后涂覆于三聚氰胺泡沫上制成MF-FG80蒸发器的流程示意图。(b) 闪蒸石墨烯的TEM图像，显示其具有约0.345 nm的晶格条纹，对应于涡层堆叠结构。(c) 碳黑与闪蒸石墨烯的XRD图谱。闪蒸石墨烯出现不对称的（002）峰，表明其层间相互作用减弱，证实了涡层结构的形成。(d) MF-FG80的顶部SEM图像，显示闪蒸石墨烯组装体紧密地嵌入三聚氰胺泡沫的三维网络中，形成了物理互锁的稳定界面。

       图3：闪蒸石墨烯涂层的多功能性：光热转换、导电性、疏水性与透气性。 (a) 涂有"CUG"字样闪蒸石墨烯的三聚氰胺泡沫在太阳光照射5分钟后的红外热成像图，证明其优异的光热转换能力。(b) MF-FG80作为导电电路的一部分点亮LED灯泡，展示其良好的导电性。(c) MF-FG80蒸发器顶部（120°）与底部（0°）的水接触角对比，证实了其顶部疏水、底部亲水的Janus结构特性。(d) 示意图说明疏水的闪蒸石墨烯涂层能阻挡液态水渗透，但允许水蒸气通过其纳米多孔结构。(e) 用于测试水蒸气透过率的实验装置示意图。(f) 不同样品（敞开、密封、三聚氰胺泡沫、MF-FG80）的水蒸气透过量随时间变化曲线。结果表明，MF-FG80的透气率达到了裸三聚氰胺泡沫的93%，证明涂层对水蒸气扩散阻力极小。

       图4：MF-FG80蒸发器的光热海水淡化性能。 (a) MF-FG80进行高效光热界面蒸发的示意图。(b) 三聚氰胺泡沫和MF-FG80的UV-vis-NIR吸收光谱，显示MF-FG80在300-2500 nm波长范围内的平均吸收率高达93.8%。(c) 模拟太阳光水净化测试装置示意图。(d) 干、湿状态下MF-FG80在1个太阳照射下表面温度随时间变化的红外热成像图。(e) 不同样品（纯水、三聚氰胺泡沫、MF-FG80）在湿态下的表面温度变化曲线。(f) 不同样品在1个太阳照射下，水的质量变化随时间的关系曲线，MF-FG80的蒸发速率达到3.08 kg m⁻² h⁻¹。(g) MF-FG80在不同浓度模拟海水中，水的质量变化随时间的关系曲线，显示其即使在20 wt%高盐度下仍能保持2.33 kg m⁻² h⁻¹的蒸发速率。(h) 天然海水样品在脱盐前后四种主要阳离子（Na⁺, Mg²⁺, K⁺, Ca²⁺）浓度的对比，离子去除率接近100%。(i) 分别用海水、净化后的水和纯水灌溉9天后的菠菜种子生长情况照片，显示净化后的水与纯水效果相当。(j) 甲基橙和罗丹明B染料溶液（50 mg L⁻¹）在光热净化前后的UV-vis吸收光谱，净化后水中未检测到染料特征峰，去除率达99.9%。

       图5：MF-FG80蒸发器的稳定性与抗盐性能。 (a) MF-FG80蒸发器在连续7天、每天1小时1个太阳照射下的长期稳定性测试，蒸发速率保持稳定。(b) MF-FG80在1个太阳照射下，于海水中连续运行34小时的蒸发速率变化曲线，速率未见明显衰减。(c) 连续光照34小时后，蒸发器表面的照片，未观察到明显的盐晶体析出，证明了其优异的抗盐性能。

       图6：MF-FG80蒸发器去除微塑料的性能。 (a) MF-FG80在蒸发过程中同时产生清洁水和拦截微塑料的示意图，其纳米多孔结构起到关键作用。(b) 从特定海域（120.5°E, 37.6°N）采集的水样中观察到的微塑料光学显微镜照片，说明了微塑料污染的普遍性。(c) 浓度为75 mg L⁻¹的1 μm聚苯乙烯微球分散液在光热净化前（蓝色）和净化后（无色）的光学照片，净化后的水中未观察到微塑料颗粒。(d) 聚苯乙烯分散液在净化前后的UV-vis吸收光谱，净化后的水中未检测到聚苯乙烯的吸收峰，证明了>99.9%的去除效率。

       图7：MF-FG80蒸发器的电热及光-电协同蒸发性能。 (a) MF-FG80进行电热界面蒸发的示意图。(b) MF-FG80在7 V电压下的加热/冷却循环曲线，显示其快速响应和稳定的电热性能。(c) 在7 V电压下，MF-FG80表面温度随时间变化及对应的红外热成像图（插图）。(d) 不同驱动电压（5 V, 6 V, 7 V）下，MF-FG80的蒸发速率，在7 V时可达2.79 kg m⁻² h⁻¹。(e) 在不同光照强度（0, 0.5, 0.75, 1 sun）下，有/无7 V电压辅助时，蒸发器表面达到的稳定温度对比。(f) 对应于(e)中条件的红外热成像照片，直观展示了光-电协同加热的效果。(g) 在不同光照和电压驱动下，MF-FG80的蒸发速率，在1 sun + 7 V条件下，速率可达4.58 kg m⁻² h⁻¹，展现出显著的协同增强效应。

       图8：MF-FG80蒸发器的全天候户外运行验证。 (a) 用于全天候户外实验的装置安装照片，包含太阳能板、移动电源、冷凝收集装置和蒸发器。(b) 全天候蒸发工作原理示意图：白天利用太阳能驱动蒸发并储存多余能量，夜间或阴天利用储存的电能驱动MF-FG80进行电热蒸发。(c) 户外测试期间（9:00至24:00），光学密度、室外温度、湿度及蒸发速率的实时变化记录。结果显示，在夜间（19:00后）启动7 V电压加热，蒸发速率得以维持，证明了该系统全天候运行的可行性。

       总结展望

       总之，本研究利用闪蒸焦耳加热技术合成的涡层结构闪蒸石墨烯，制备多功能纳米多孔涂层，并将其与亲水性三聚氰胺泡沫复合，构建具有Janus结构的太阳能蒸发器。其核心机制在于：顶部闪蒸石墨烯涂层的涡层结构赋予了材料优异的分散性与成膜性，所形成的纳米多孔网络不仅通过多重光散射实现了>93.8%的宽带太阳光吸收，还保证了水蒸气的高效逃逸；同时，该涂层的疏水性与纳米孔道产生了尺寸筛分效应，有效阻隔了盐离子的表面结晶与微塑料颗粒的透过。底部亲水多孔的三聚氰胺泡沫则确保了持续的水分供应和盐离子的反向扩散。基于上述结构与机制，该蒸发器展现出卓越的性能：在1个太阳下蒸发速率高达3.08 kg m⁻² h⁻¹，光热转换效率为95.3%；在20 wt%高盐度下长期运行无盐分析出；对微塑料和染料去除率均超过99.9%；并可通过焦耳热效应实现全天候工作（7 V电压下蒸发速率2.79 kg m⁻² h⁻¹）。此工作不仅提供了一种高效、可回收、能连续生产清洁水的技术方案，其核心价值在于为设计下一代多功能、高稳定性太阳能界面蒸发器提供了新的思路。未来可探索将此涂层策略应用于更多复杂水体处理场景，并进一步优化其能量管理与长期服役性能。