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  大氣水收集技術（AWH）對于緩解全球淡水短缺問題具有重要意義。其中，太陽能驅動解吸的吸附吸附式大氣水收集（SS-AWH）由于低能耗優勢已成為主流解決方案。但是SS-AWH嚴重依賴良好的日照條件，而實際的太陽輻射存在顯著的時空波動，這限制了其多種場景下的可持續應用，在無光或弱光環境下（如夜間、霧霾、多云天氣或建筑陰影區域等）產水量會大幅降低。這種限制的根本原因在于其水釋放途徑的單一性。

  本研究首先基于實際氣候多變性和時空波動數據，分析并揭示了SS-AWH技術對太陽輻射依賴的關鍵問題。針對這一問題，首次設計并制備了DBJA這種生物質Janus氣凝膠，用于實現太陽能-機械共生的雙模式大氣水收集。其纖維素基質固有吸濕性與牢固錨定的LiCl相結合，賦予了DBJA優異吸濕性能，在30%、50%、70%和90%RH下分別表現出0.74、1.44、2.36和3.45 g g^-1的吸濕能力。通過可控限域化學氣相沉積聚吡咯（PPy）實現了Janus光熱層的梯度優化，研究發現當光熱層占比為25%時可實現吸附-解吸動力學與壓縮-回彈強度之間的最佳平衡。在戶外測試中，基于DBJA搭建的AWH裝置在太陽能光熱驅動模式下可實現1.32 g g^-1 day^-1的產水效率。在無光或弱光條件下，采用擠壓模式連續五次壓縮循環DBJA可實現12.80 g g^-1的顯著機械釋水效率，且具有良好的循環使用穩定性。因此，理想狀態下，一塊50 cm3（類手機尺寸）的DBJA可通過5次吸附-壓縮循環快速產生150 mL水，同時DBJA可真空包裝，體積可縮減74%，且能迅速吸濕恢復至原體積的98%，可在野外環境下便攜使用并滿足非理想光照條件下的緊急生存用水需求。DBJA標志著AWH的范式轉變，通過太陽能驅動脫附和機械壓縮脫附的協同，解決了SS-AWH的太陽輻射依賴問題，且具有可擴展設計和綠色可持續性，既有望用于大規模組裝實現社區供水，也能為野外個人便攜使用提供定制化服務，為新一代AWH技開發提供了重要方案。未來，作者團隊將開展持續研究以進一步優化技術核心。

圖1. DBJA的制造與設計原理

圖2. DBJA的制備過程與結構表征

圖3. Janus結構調控及其對吸附-脫附動力學的影響

圖4. DBJA的吸附與光熱解吸性能研究

圖5. 光熱模式下的戶外性能實測與穩定性研究

圖6. 壓縮模式下空氣水收集相關性能研究

  相關成果以“Solar-Mechano Symbiosis Dual-Mode Janus Bioaerogel for Context-Adaptive Atmospheric Water Harvesting Beyond Solar Reliance”為題近日發表在Advanced Materials期刊上。西北工業大學李炫華教授、馮蕊副教授為論文通訊作者，2023級碩士研究生柳翊鵬和馮蕊副教授為共同第一作者。此研究工作得到中國國家自然科學基金、環境友好高分子材料教育部工程研究中心開放課題以及中央高�；究蒲袠I務費等經費資助支持，相關研究已申請中國國家發明專利。

  論文信息：Yipeng Liu, Rui Feng*, Yuyao Zhao, Xiaoya Guo, Jinghan Ding, Sibi Liu, Yijin Wang, Jinmeng Zhu, Xuanhua Li*, Solar-Mechano Symbiosis Dual-Mode Janus Bioaerogel for Context-Adaptive Atmospheric Water Harvesting Beyond Solar Reliance. Advanced Materials, 2025, e12244. DOI: 10.1002/adma.202512244.

  論文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202512244

作者簡介：

李炫華，西北工業大學教授，倫敦瑪麗女王大學客座教授，博士生導師。入選國家級青年人才，國際材料聯合會Fellow，陜西省杰出青年基金獲得者，陜西省科技重點創新團隊負責人，陜西省高層次人才“特支計劃“青年拔尖人才和陜西省青年科技新星。長期從事納米光電材料與文物保護材料相關研究。主持包括國家自然科學基金、國家重點研發課題等在內的國家及省部級項目20余項，申請國家發明專利24項，以第一作者或通訊作者在Science, Nature Energy, Nature Commun., Sci. Adv., Adv. Mater., Adv. Energy. Mater., Adv. Funct. Mater., Adv. Optical Mater.等國際期刊上發表論文近80篇，影響因子大于15的論文20余篇，其中8篇文章入選ESI Top1%高被引論文，10篇文章被選為封面。

馮蕊，西北工業大學副教授。博士畢業于四川大學化學學院，師從王玉忠院士。2023年入職西北工業大學文化遺產研究院，并聘為碩士生導師。致力于高分子材料表界面研究與功能化改性應用研究（濕管理利用、文物保護與功能涂層材料）。入選陜西省科協青年人才托舉計劃，主持國家自然科學基金青年項目、國家重點研發計劃子課題、教育部工程研究中心開發課題等科研項目7項，作為項目骨干參加國家及省部級項目多項，近年在Nat. Commun.，Adv. Mater.，Sci. China Chem.和Chem. Eng. J等期刊發表SCI論文16篇，申請或授權國家發明專利5項，相關研究工作受到麻省理工科技評論專訪以及高分子科技、高分子科學前沿、搜狐等媒體報道。

柳翊鵬，中共黨員，現西北工業大學材料學院在讀碩士生。于2023年在西北工業大學獲得學士學位；此后繼續在西北工業大學攻讀碩士學位，指導老師為李炫華教授，研究方向為空氣集水領域及生物質氣凝膠設計與應用。