淡水资源短缺已成为21世纪全球亟待解决的重大挑战。尽管诸如反渗透法、多级闪蒸等海水淡化技术为应对这一问题提供了重要途径，但这些技术需要消耗大量的化石燃料，同时浓盐废水的排放也不可避免地给生态环境带来了潜在的威胁。近年来，太阳能界面蒸发技术凭借其高效太阳能转换效率和低碳环保特性，在海水淡化领域引起了广泛关注。然而，太阳能蒸发器在海水淡化过程中面临着盐分结晶问题的困扰，这严重限制其蒸发性能和使用寿命。因此，开发一种能够高效、连续处理高浓度盐水，并实现零液体排放脱盐的太阳能蒸发器，对于缓解全球淡水资源短缺和环境污染问题具有至关重要的意义。

化学与制药工程学院李晨蔚教授和丁美春副教授提出了一种绿色环保的策略，通过太阳光还原和常压干燥技术，成功制备出三维螺旋状石墨烯气凝胶，作为高效太阳能蒸发器。该气凝胶在接近饱和的盐水中表现出卓越的蒸发性能、盐分收集能力以及零液体排放特性。石墨烯气凝胶独特的三维螺旋结构设计不仅优化了能量回收过程，而且促进了盐水的径向输送和盐分的定向结晶。在一个太阳光的照射下，该气凝胶展现出高达9.05 kg m^-2 h^-1的平均蒸发速率。此外，其外表面形成的定向盐结晶显著扩大了蒸发面积，从而实现了2.92 kg m^-2 h^-1的超高盐收集速率。更重要的是，即使在接近饱和（25 wt%）的高浓度盐水条件下，三维螺旋石墨烯气凝胶仍能实现零液体排放脱盐。其可拆卸的外层设计使得盐分收集变得简便高效，使其可以长时间（长达96小时）处理高浓度盐水。在室外测试中，基于三维螺旋石墨烯气凝胶的淡水收集装置表现出创纪录的3.14 kg m^-2 h^-1的产水速率，这充分证明了其在实际应用中的巨大潜力。这项研究不仅展示了一种新颖且环保的制备策略，并为推动高性能和低成本太阳能蒸发器的研发和应用提供了重要的科学依据。

相关成果以“Highly efficient three-dimensional solar evaporator for zero liquid discharge desalination of high-salinity brine”为题，于2024年4月5日发表在国际知名期刊Carbon Energy （影响因子：20.5；中科院大类一区）上。丁美春副教授为本文第一作者，李晨蔚教授为通讯作者，山东第一医科大学为本文第一完成单位。

论文链接：https://doi.org/10.1002/cey2.548