摘要：氢键网络一键破解：首次证实超氧自由基（·O₂⁻）可高效扰动水分子氢键，蒸发能耗直降50%（DFT计算水分子氢键解离能）。

[核心亮点]

氢键网络一键破解：首次证实超氧自由基（·O₂⁻）可高效扰动水分子氢键，蒸发能耗直降50%（DFT计算水分子氢键解离能）。

性能炸裂：新型材料rGO@Ov-Gd₂O₃蒸发速率冲上4.03 kg/(m²·h)，碾压传统碳基材料。

一石三鸟：同步实现海水淡化、有机染料秒级降解（97%净化率）、高盐废水高效处理。

痛点：水蒸发的“千年锁链”——氢键

太阳能界面蒸发（SIE）技术被誉为“绿色水工厂”，但水分子间致密的氢键网络如同隐形锁链，迫使蒸发过程需消耗巨额能量。此前，科学家尝试纳米限域、离子置换等手段，但效果如同“隔靴搔痒”。如何低成本、高效率“剪断”氢键？全球科学家苦寻无果。

破局：超氧自由基“四两拨千斤”

北京理工大学陈南团队另辟蹊径，提出自由基诱导氢键扰动革命性策略。通过设计rGO@Ov-Gd₂O₃异质结构，利用钆氧化物的氧空位在光照下持续“喷射”·O₂⁻“分子剪刀”，直接剪断氢键网络（图1）。

实验数据亮剑：

蒸发性能飙升：4.03 kg/(m²·h)刷新纪录，较传统材料提升60%，相当于1平方米日净水超96公斤（图2）。

高盐环境稳如磐石：10%浓盐水中仍保持3 kg/(m²·h)速率，连续运行10小时“零盐结晶”。

光能秒变净化武器：亮绿染料（BG）降解率高达97.7%，出水水质直逼饮用标准（图3 ）。

理论实锤：分子动力学模拟显示，·O₂⁻使氢键长度从1.92Å拉长至2.21Å，解离能腰斩至3.13 kcal/mol，水分子“抱团力”土崩瓦解（图4 ）。

图1.rGO@Ov-Gd2O3中·O₂⁻“剪断氢键网络”示意图。

图2. rGO@Ov-Gd2 O3 的蒸发相关性能测试。a) SIE装置示意图。b) rGO@Ov-Gd2 O3 与rGO对太阳光光谱的吸收情况。c) rGO@Ov-Gd2 O3 的工作温度。d, e) rGO@Ov-Gd2 O3 的不同含量和不同高度的探索实验。f) rGO@Ov-Gd2 O3 的傅里叶变化红外光谱（FTIR）谱图。g) rGO@Ov-Gd2 O3 的亲水性测试。h) rGO@Ov-Gd2 O3 在不同浓度NaCl溶液中蒸发速率。i) rGO@Ov-Gd2 O3 在碳基蒸发器中性能对比图。

图4.·O₂⁻扰动水分子间氢键的理论模拟和计算。a)分子动力学（MD）模拟纯水体系与rGO@Ov-Gd2 O3 体系中水分子蒸发过程。b，c) rGO与rGO@Ov-Gd2 O3 中蒸发过程前后水分子密度分布图。d，e) 纯水体系与rGO@Ov-Gd2 O3 体系的均方位移（MSD）和扩散系数。f) 纯水体系与rGO@Ov-Gd2 O3 体系氢键的径向分布函数垂直路径。g) 纯水体系与rGO@Ov-Gd2 O3 体系中氢键数量随时间变化趋势。h) 纯水体系与rGO@Ov-Gd2 O3 体系中的氢键长度和离解能的DFT计算结果。

落地：从实验室到千家万户

户外实测封神：单日集水量621升/平方米，可满足50人社区日用水需求。

超长待机：26小时连续运行衰减

生态友好认证：净化水灌溉植物生长旺盛，环保性能获“盖章”（图5 ）。

未来：改写全球水危机剧本

这项技术让“每一缕阳光都变成净水”成为可能！团队正携手产业界推进规模化应用，目标直指海水淡化厂与工业废水处理，未来有望将净水成本拉低80%，为20亿缺水人口送上“中国方案”。相关论文以“Superoxide Radicals Inducing Perturbation in Water Hydrogen Bond Networks for Enhanced Solar-Driven Water Evaporation”为题，发表在Advanced Functional Materials，第一作者为和晓军。

论文信息：

Xiaojun He, Zhenglin Wang, Zhide Geng, Jiahong Liu, Zifeng Jin, Nan Chen*, Superoxide Radicals Inducing Perturbation in Water Hydrogen Bond Networks for Enhanced Solar-Driven Water Evaporation, Advanced Functional Materials, 2025, 202505818.https://doi.org/10.1002/adfm.202505818

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来源：高分子科学前沿一点号1