具有Janus润湿性的纤维素纳米纤维气凝胶：高效蒸发与协同光催化性能研究

本文推荐一种基于纤维素纳米纤维(CNF)/聚乙烯醇(PVA)的Janus结构气凝胶，通过局部CuS光热层设计实现98.4%的蒸发效率（3.20 kg m?2 h?1），并在20 wt% NaCl溶液中保持2.51 kg m?2 h?1的高效蒸发。该材料通过分级多孔结构解决盐积累问题，同时CuS涂层可降解70%以上有机染料（MB/RhB/MO），为太阳能驱动界面蒸发(SDIE)与光催化协同处理废水提供新策略。

　　

Highlight

本研究通过构建分级多孔CuS@CNF/PVA Janus气凝胶，实现了太阳能界面蒸发(SDIE)与光催化的协同增效。独特的双层设计将CuS光热层限制在气凝胶顶部，有效减少热损失；底部CNF/PVA网络的树枝状结构和固有孔隙率（孔隙率>90%）加速水分传输，其水合骨架可激活水分子状态。

Results and discussion

ZnCl₂/H₃PO₄低共熔溶剂(DES)在室温下解构纤维素氢键网络，而(NH₄)₂HPO₄的引入调控了溶剂酸性，避免纤维素过度降解。所得CNF与PVA通过N,N′-羰基二咪唑(CDI)交联形成三维网络，抗压强度提升3倍（15 kPa vs 原始5 kPa）。CuS涂层在近红外区表现出显著局域表面等离子体共振(LSPR)效应，光热转换效率达96.8%。

Conclusion

CuS@CNF/PVA气凝胶在标准光照(1 kW m^?2)下实现3.20 kg m^?2 h^?1蒸发速率，对MB/RhB/MO的降解率分别达80.01%/76.40%/73.20%。其Janus润湿性设计（顶部接触角152°，底部0°）和宏观通道（孔径50-200 μm）使20 wt% NaCl溶液中的蒸发速率仅下降21.6%，显著优于传统蒸发器（通常下降>50%）。