蒸发材料丨阳光净水团队Environ. Res.研究论文丨多功能MoS₂/CNTs/壳聚糖杂化水凝胶海绵：用于高效太阳能驱动海水淡化和废水净化

2026年10月，国际期刊《Environmental Research》在线发表了阳光净水课题组题为“Multifunctional MoS₂/CNTs/Chitosan Hybrid Hydrogel Sponge for Efficient Solar-Driven Seawater Desalination and Wastewater Purification”的研究性论文。针对传统太阳能蒸发器光催化活性不足、盐沉积和污染物富集导致蒸发效率下降的问题，阳光净水研究团队通过将MoS₂、壳聚糖（CS）、碳纳米管（CNTs）和三聚氰胺海绵（MS）策略性整合为杂化材料体系，制备了一种可规模化且自清洁的太阳能蒸发器（MoS₂/CNTs/CS@MS，简称MCCM）。壳聚糖修饰的三聚氰胺海绵通过强静电相互作用固定MoS₂/CNTs，同时构建亲水通道以促进质量与水分传输。该体系在1个太阳光照下蒸发速率达1.82 kg·m⁻²·h⁻¹（约为自然蒸发的7.9倍），在20 wt% NaCl卤水中表现出优异耐盐性；MoS₂/CNTs改善了光吸收并促进光生电荷分离，实现98.27%的CR降解率。在9小时自然太阳光下产淡水22.45 kg·m⁻²，出水符合WHO和EPA饮用水标准，并有效支持植物萌发，为海洋和工业环境中的可持续水净化提供了可行方案。《Environmental Research》是Elsevier旗下期刊，主要刊登环境科学领域高水平研究成果，属于中科院环境科学与生态学TOP期刊，同时也是Nature Index收录期刊。

第一作者：蒋茹

通讯单位：台州学院

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.renene.2026.125877

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太阳能驱动的界面蒸发为解决全球淡水短缺提供了一种生态友好且潜在有效的方法。然而，设计兼具高效蒸发和有效废水净化能力的多功能太阳能蒸发器仍面临重大技术挑战。在此，通过将MoS₂、壳聚糖（CS）、碳纳米管（CNTs）和三聚氰胺海绵（MS）策略性整合为杂化材料体系，制备了一种可规模化且自清洁的太阳能蒸发器（MoS₂/CNTs/CS@MS，简称MCCM）。壳聚糖修饰的三聚氰胺海绵通过强静电相互作用固定MoS₂/CNTs，同时构建亲水通道以促进质量与水分传输。MCCM蒸发器的蒸发速率高达1.82 kg·m⁻²·h⁻¹（约为自然蒸发0.23 kg·m⁻²·h⁻¹的7.9倍），并凭借协同毛细力、多孔结构和亲水性，在20 wt% NaCl卤水中表现出优异的耐盐性。MCCM中的MoS₂/CNTs改善了光吸收性能并促进了光生电荷分离，在太阳光照射下实现了98.27%的CR降解率。在9小时自然太阳光下产淡水22.45 kg·m⁻²，MCCM脱盐后的水不仅符合WHO和EPA饮用水标准，还能有效支持植物萌发。通过将太阳能蒸发与光催化相结合，该MCCM为海洋和工业环境中的可持续水净化提供了一种可行方案。

21世纪，淡水资源短缺与需求增长的矛盾日益突出。太阳能界面蒸发（SIE）因环境友好、效率高，在可持续淡水生产中潜力巨大，但实际应用中盐沉积和污染物富集会降低蒸发效率。已有策略包括生物聚合物降低蒸发焓、自清洁盐结晶、大通道强化离子扩散及蒸发-光催化双功能系统，但传统蒸发器光催化活性不足，导致污染物降解不彻底。壳聚糖（CS）的质子化氨基和羟基可促进中间水形成、降低蒸发焓，其胶体特性使其兼具基底与粘合剂功能。CS基蒸发器在海水淡化、清洁水生产和废水净化中前景广阔，但未改性CS-SIE存在机械强度差、浮力不足和比表面积有限等问题。MoS₂带隙窄（1.0–2.5 eV），兼具光催化与光热转换功能，与CNTs复合可增强电荷分离和光催化活性。然而，MoS₂基蒸发器仍面临盐沉积、浮力低和亲水性弱等问题。三聚氰胺泡沫（MS）因高孔隙率、低密度和成本低而成为理想三维基底。本研究提出将壳聚糖、CNTs和MoS₂共组装于MS上，开发集自漂浮、高效蒸发、优良机械性能和主动光催化降解于一体的水处理平台，构建MoS₂/CNTs/CS@MS（MCCM）复合蒸发器，实现清洁水生产与废水处理同步进行。

• 通过两步法制备了柔性、自漂浮且自清洁的MCCM。
• MCCM在1个太阳照射下蒸发速率达1.82 kg·m⁻²·h⁻¹。
• MCCM即使在20 wt% 卤水中也表现出优异的耐盐性。
• MCCM在太阳光照射下实现了98.27%的CR降解率。
• MCCM在9小时自然太阳光下产出22.45 kg·m⁻²淡水。

图1. MCCM的制备示意图。

图2.(a) MS、(b) CS@MS、(c) CNTs/CS@MS和(d) MCCM的SEM图像。(e) MCCM的元素分布图。MCCM (f) 自漂浮于水面及 (g) 稳定立于花朵上而无变形的照片。(h) MS和MCCM的水接触角。

图3.(a) CS、CNTs、MoS₂和MCCM样品的XRD图谱。(b) CS、CNTs、MS、MoS₂和MCCM样品的FTIR光谱。(c) MS、CS@MS、MoS₂/CS@MS、CNTs/CS@MS和MCCM的紫外-可见-近红外吸收光谱及归一化AM 1.5G太阳光谱密度。(d) MCCM中C 1s、Mo 3d和S 2p的XPS光谱。

图4.(a) 太阳能蒸发实验装置示意图。(b) 不同蒸发器在1 sun照射前后的红外图像。(c) MS和MCCM表面温度随照射时间的变化。(d) 五种太阳能蒸发器在1 sun下的质量变化及 (e) 蒸发速率（插图：蒸发器样品的光学照片）。(f) 性能对比雷达图。(g) MCCM蒸发器连续运行10个循环。(h) 光强对蒸发速率的影响。

图5.(a) MCCM在1 sun照射下对不同浓度NaCl溶液的质量变化及 (b) 蒸发速率。(c) MCCM蒸发器在20 wt% NaCl溶液中连续蒸发8小时前后的照片和SEM图像。(d) MCCM蒸发器上盐的溶解行为。(e) MCCM蒸发器耐盐机理示意图。

图6.(a) 亲水基团与水分子之间的相互作用，以及毛细力驱动水分子在微通道中的向上传输。(b) 纯水和MCCM蒸发器的DSC曲线。(c) 纯水和 (d) 限域于MCCM蒸发器内水的Raman光谱。

图7.(a) MCCM蒸发器在1 sun照射下对含不同染料（CR、MB、MO和RhB）模拟废水的质量随时间变化。(b) MCCM对四种染料（CR、MB、MO和RhB）的截留率。(c, d) 含染料废水太阳能净化前后的紫外-可见吸收光谱。(e) MCCM对四种典型金属离子的浓度变化及 (f) 截留率。(g) MCCM对真实海水中四种典型金属离子的浓度变化及 (h) 截留率。(i) MCCM蒸发前后真实海水的电阻。

图8.(a) MCCM存在下CR溶液光降解过程中紫外-可见吸收光谱随时间的变化。(b) 不同猝灭条件下MCCM对CR降解效率的对比。(c) MCCM在暗态和光照下的DMPO-·O₂⁻ ESR光谱。(d) MCCM光催化降解刚果红的机理图。(e) MCCM光催化/蒸发前后的XPS对比。

图9.(a) 户外运行时的装置照片。(b) 2025年5月14日09:00至17:00记录的淡水产水速率（蓝色）、太阳辐照度（红色）和环境温度（绿色）的时间变化。(c) 自然条件下真实海水10天脱盐测试的蒸发速率（2026年9月6日至15日；插图：运行后的蒸发器照片）。(d) 使用三种水（原海水、MPW：MCCM净化水、DW：蒸馏水）的绿豆发芽率对比。

本研究通过将MoS₂/CNTs光热材料锚定于壳聚糖水凝胶修饰的三聚氰胺海绵（CS@MS）上，成功制备了多功能MoS₂/CNTs/CS@MS太阳能蒸发器（MCCM）。该集成体系利用MS海绵的多孔结构和CS水凝胶的超亲水性，确保了连续快速的水供应、高效的蒸汽传输和长期耐盐蒸发。MCCM的蒸发速率约为自然蒸发（0.23 kg·m⁻²·h⁻¹）的7.9倍、未修饰MS（0.55 kg·m⁻²·h⁻¹）的3.3倍以及MoS₂/CS@MS（1.22 kg·m⁻²·h⁻¹）的1.5倍。值得注意的是，MCCM蒸发器在处理多种废水类型时表现出色，包括模拟或真实海水、重金属溶液和含染料废水。此外，MCCM蒸发器展现出优异的污染物去除性能，实现了重金属离子（浓度从1000 mg·L⁻¹降至0.02 mg·L⁻¹以下，去除率>99.99%）和有机染料（>99.42%）的近乎完全去除。在9小时真实太阳光下，总淡水产量达到22.45 kg·m⁻²。使用真实海水连续户外蒸发10天后，蒸发器保持稳定的产水性能，表面无可见盐结晶，证实了其长期耐久性和耐盐性。值得注意的是，MCCM中MoS₂的存在使太阳光照射下CR降解率达到98.3%。MCCM脱盐后的水有效促进了植物萌发，展示了其在清洁水生产、污水处理和可持续农业方面的农业兼容性和多功能能力。

Ru Jiang, Mei Xiao, Zeen Xu, Chundan Hu, Qi Wang, Danxia Zhao, Xianqiang Xiong, Shengtao Jiang, Huayue Zhu, Multifunctional MoS2/CNTs/Chitosan Hybrid Hydrogel Sponge for Efficient Solar-Driven Seawater Desalination and Wastewater Purification,

Environmental Research,2026,125895. https://doi.org/10.1016/j.envres.2026.125895.

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撰稿：阳光净水课题组

编辑：环境与能源功能材料

蒋茹（第一作者），副教授，硕士生导师，浙江省151人才、台州市211人才，h-index 34，G-index 73。曾赴加拿大英属哥伦比亚大学（UBC）环境工程系访问研究。长期从事废水高级氧化处理与环境光热催化材料研究。以第一作者或通讯作者在 Chem. Eng. J.、J. Hazard. Mater.、Desalination、Sep. Purif. Technol.、Ind. Eng. Chem. Res.、Carbohydr. Polym.、Environ. Res.等工程、环境、化学、材料及生物领域国际知名期刊发表论文70余篇。论文被全球10000余名学者引用5700余次，引用期刊包括 Chem. Rev.、Chem. Soc. Rev.、Energy Environ. Sci.、Prog. Polym. Sci. 等300余种国际SCI期刊。6篇第一作者/通讯作者论文入选ESI高被引论文。主持国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、市科技计划项目等多项。指导研究生获国家奖学金、浙江省专业学位研究生优秀创新成果奖。指导学生在 Sep. Purif. Technol.、Int. J. Biol. Macromol. 等期刊发表论文十余篇；指导本科生获全国大学生生命科学竞赛（创新创业类）一等奖，以及浙江省生态环境大赛、浙江省生命科学竞赛、浙江省大学生节能减排大赛等省级及以上奖项十余项。

肖梅（第二作者， 资源与环境专业硕士研究生 ，主要从事壳聚糖基复合光催化材料在 水环境安全控制 中的应用研究。主持浙江省教育厅一般项目（ 专业学位专项 ）1项，参与浙江省自然科学基金项目2项。 作为第一完成人 获评省级 专业学位研究生优秀创新成果 1项；获国家奖学金和 一等学业奖学金 各1次。在中科院TOP期刊论文6篇（ 其中第一作者1篇、第二作者（导师第一作者）3篇 ）； 1篇论文 入选ESI高被引论文， 总被引196次 。

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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