水的蒸发是一个高耗能相变过程，液态水中的每个水分子都被束缚在动态变化的氢键网络中，而气相中的水分子彼此隔绝，相互之间没有作用力。实现水由液态到气态的转变，需要破坏其中所有的氢键网络，因此表现出高的能量消耗。

近几年来，基于水凝胶的具有低蒸发能量需求的高效界面太阳能蒸发器在水净化领域备受关注，我们的前期工作也发展了可规模化制备的基于多级多孔结构的辐射吸收水凝胶膜，获得了高达95.06%的蒸发效率（Nano Letters, 2021, 21, 10516）。水凝胶中大量的亲水官能团可通过氢键作用与水分子结合，干扰凝胶内水分子间的氢键网络，降低水蒸发所需要的能量，活化了水的蒸发过程。但水凝胶蒸发器仅能影响靠近聚合物分子链的氢键网络，而不能作用在远离的水体上，这限制了其活化能力及蒸发速率的进一步突破。前期工作中，我们发现压电材料可以转化海洋中的波浪能为电能，并由此活化压电材料附近的水从而降低水的蒸发焓，促进水的蒸发过程 (Adv. Energy Mater. 2022, 12, 2200087)；进一步的，我们发展了一种单层柔性压电水凝胶，利用压电材料将波浪能转化为电能，并协同水凝胶的活化作用共同促进水的蒸发行为（Adv. Sci. 2022, 2204187）。

本工作中，我们利用光吸收水凝胶和多层定制化排列的压电纤维膜制备了一体式复合膜蒸发器，采用水凝胶与压电材料诱导产生的电能来协同对抗水的高蒸发焓特性。蒸发器中水凝胶采用原位凝胶成型，将磺化碳管（S-CNT）分散到由聚乙烯醇（PVA）和壳聚糖（CTS）组成的基质中，在第一次冻融处理之后进行裁切定制化，后经多次冻融和化学交联来保证蒸发器结构的稳定性。蒸发器的压电组分为静电纺丝得到的共聚物聚氯乙烯-三氟乙烯(PVDF-TrFE)纤维，具有优异的压电性能。采用有限元模拟分析了凝胶内部纤维膜在波浪作用下的受力形式，并优化了纤维膜的排列方式与排列层数，以充分利用海洋中的波浪能。与未带有压电材料的水凝胶蒸发器相比，采用压电材料的水凝胶制成的薄膜蒸发器具备更低的等效蒸发焓和更快的蒸发速率，最终得到的蒸发速率为3.545 kg m^-2 h^-1，提高约28%。这种水凝胶与波浪产生的电能的协同水活化策略, 为利用新兴能源技术实现高效、低能耗的太阳能水纯化提供了新的解决方案。

S. Meng, Z. Xu, L. Bai, J. Yang, M.-B. Yang, W. Yang, A customized kinetic energy harvesting system with multilayer piezoelectric membrane for solar interfacial vapor generation, Nano Energy 104 (2022) 107996.

全文链接：https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2022.107996