南京理工大学发表于《Advanced Materials》，论文题目为《Bio-Inspired Dual-Gradient Aerogel Enables Sustainable Freshwater Production and Energy Harvesting》（仿生双梯度气凝胶实现了可持续的淡水生产和能量收集）。

本研究针对太阳能界面蒸发与湿气发电难以一体化、蒸发器易积盐、湿气发电输出低且衰减快的行业痛点，借鉴叶绿体类囊体膜的双梯度能量转换机制，通过阴阳离子表面活性剂分层掺杂制备兼具稳定离子梯度与水梯度的双层多孔气凝胶；离子梯度驱动离子定向迁移实现高湿气发电输出（开路电压 0.52 V，功率密度是均质气凝胶最高 324 倍，可稳定连续发电 70 h），水梯度既保障水汽、离子长效输运，又诱导马兰戈尼对流实现长效耐盐海水蒸发，1 倍太阳光下蒸发速率达 2.10 kg・m⁻²・h⁻¹，3.5 wt% 盐水连续 7 天运行仅小幅衰减；室内表征证实材料兼具优异光吸收、低蒸发焓与良好柔性力学性能，户外规模化 4×4 阵列水电联产系统可日产 3 L 达标饮用水，还能收集电能点亮 LED 灯带，材料成本仅 8 美元 /㎡，为海岛、离网区域低成本、自可持续淡水与电能同步供给提供了全新材料方案。

双梯度气凝胶（DGA）工作机理与水电联产阵列户外应用示意图。(a) 均质气凝胶（HA）示意图：因无梯度结构，存在盐分沉积、发电时长较短的缺陷；(b) DGA 用于太阳能界面蒸发与湿气发电的原理示意图，材料内部的离子梯度与水梯度可同时实现抗盐积、稳定供电；(c) 规模化水电一体化联产系统（WECPS）示意图：依靠太阳能界面蒸发产出淡水并储存至水塔，同时通过湿气发电收集电能储存在储能站。

图 2 DGA 的结构设计与表征测试。(a) 尺寸 3 cm × 3 cm × 0.6 cm 的 DGA 俯视、侧拍实物图；(b) DGA 横截面扫描电镜（SEM）图；(c) SPP 层、(d) CPP 层横截面 SEM 图；(e) DGA 双层界面处钠、溴元素面分布图；(f) SPP、CPP 层 Na 1s、(g) Br 3d 高分辨 X 射线光电子能谱（XPS）；(h) SPP 层与 CPP 层水接触角对比；(i) 润湿状态下 DGA 拉伸、按压、弯折、扭转的实物照片。

湿气发电输出性能测试。(a)(b) 80% 相对湿度、25±2℃条件下，均质气凝胶 HA-1、HA-2 与 DGA 的开路电压、短路电流随时间变化曲线；(c)(d) 80% 相对湿度、25±2℃下三种材料的电流密度、输出功率密度随外接负载电阻变化曲线；(e) 室温下开路电压、短路电流随环境相对湿度变化曲线；(f) DGA 在周期性高低湿度切换下的开路电压曲线，内嵌图为特定时段放大细节；(g) 80% 湿度、25±2℃时，500 g 重物不同时长按压下 DGA 的电压输出，附图为重物按压 / 释放样品实拍图；(h) 80% 湿度、25±2℃下 DGA 连续 70 小时的开路电压、短路电流稳定性曲线。

湿气发电机理验证。(a) DGA 自发吸附水分子示意图；(b) 水分子促使聚合物链解离出游离 Na⁺、Br⁻；(c) 离子浓度差驱动阴阳离子自发跨层扩散；(d) 不同湿度下 SPP、CPP 层的相对表面电势；(e) 0% 湿度（上图）、80% 湿度（下图）下 SPP 层表面电势分布；(f) 0% 湿度（上图）、80% 湿度（下图）下 CPP 层表面电势分布；(g) SPP 层与 CPP 层 Zeta 电位；(h) 稳态下钠离子、溴离子沿材料厚度方向的浓度分布云图；(i) 稳态下材料内部感应电势分布云图。

图 5 太阳能界面蒸发性能。(a) 1 倍太阳光下纯水、HA-1、DGA 表面升温曲线；(b) 1 倍光照 0/10/30/60 min 时纯水、HA-1、DGA 蒸发器红外热成像图；(c) 光照 0 min、60 min 时本体海水与 DGA 蒸发面温度红外对比；(d) 1 倍光照下 DGA 蒸发面与底层水体温度随时间变化；(e) 1 倍太阳光下纯水、HA-1、DGA 的水分失重曲线；(f) 材料内束缚水、中间水、自由水三种水分子结构示意图；(g) 纯水、HA-1、DGA 的中间水 / 自由水含量比值；(h) 三种样品等效蒸发焓与光热蒸发效率对比；(i) 0.5~2 倍太阳光辐照强度下 DGA 蒸发失重曲线。

图 6 材料抗盐沉积性能。(a) DGA 蒸发器内部输水通道与马兰戈尼对流循环示意图；(b) 7 天昼夜光照循环实验中 HA-1 与 DGA 蒸发速率变化曲线；(c) 首轮实验 0、5、9 小时后 HA-1、DGA 表面实物对比；(d) 不同盐度海水下，本研究蒸发器与现有各类马兰戈尼抗盐蒸发器性能对比曲线。

户外太阳能海水净化与发电实测性能。(a) 户外海水淡化装置结构示意图；(b) 日间光照强度、环境温度、湿度、淡水收集量实时变化曲线；(c) 7 点、10 点、14 点、17 点户外淡化系统实景照片；(d) 黄海原水与淡化后水中钠、镁、钙、钾离子浓度对比（虚线为世界卫生组织饮用水限值）；(e) 户外发电 4 行 2 列串并联阵列电路示意图；(f) 1000 微法电容充电电压随时间变化曲线；(g) 户外湿气发电装置结构图；(h) 凌晨 1 时、9 时、17 时储能电容点亮 5V LED 灯带实景照片。

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