image: (MXene-MgO)@SA复合凝胶（MMS）具有分级多孔结构，可实现高效的太阳能吸收和硼吸附 view more
Credit: ©《中国科学》杂志社
在一项发表于《科学通报》（Science Bulletin）的突破性研究中，来自中国的研究者们，提出了一种革命性的太阳能驱动多场协同策略，用于从海水或盐水中同步提取淡水和硼资源。
随着人口迅猛增长和经济快速发展，水–食物–能源三者之间的复杂关联正成为可持续发展的关键挑战。也门、巴基斯坦和海地等地区面临着严重的水资源短缺和饥饿问题。海水淡化技术随提供了一种可行的解决方案，但传统的海水淡化方法难以达到世界卫生组织（WHO）规定的饮用水中硼的严格限制，同时也无法回收硼这一宝贵资源。
为了应对这些挑战，研究团队设计了一种(MXene-MgO)@海藻酸钠（SA）复合凝胶（MMS），通过将氧化镁（MgO，一种硼吸附剂）和MXene（一种兼具光热转换和硼吸附辅助功能的双功能材料）共同掺入SA基质中。在1个太阳光照下，MMS展现出了卓越的性能，蒸发速率高达2.14 kg m–2 h–1，且在9 h内硼吸附容量可高达225.52 mg m–2。
MMS成功的关键在于其独特的结构设计：MXene纳米片与MgO纳米颗粒均匀分散在SA基质中，形成了三维分级多孔互穿交联网络。这种结构实现了94.80%的全光谱太阳能吸收，并通过毛细管作用实现了快速输水（接触角≈0°）。此外，MXene不仅作为高效的光热转换器，其丰富的表面官能团还能与MgO和硼物种间产生弱物理吸附力或氢键相互作用，从而稳定MgO并促进硼的吸附。
在太阳光照射下，MXene的快速光热响应在MMS内部产生了局部温度场，进而引发了浓度场和流动场的耦合。温度升高促进了硼物种的迁移，浓度梯度驱动了硼向吸附位点的扩散，而蒸发引起的溶液流动则增加了硼物种与吸附位点的碰撞概率。这三种场的协同作用显著增强了硼的吸附动力学。
户外实地测试进一步验证了MMS的实际可行性，在太阳辐射较弱的情况下，MMS仍能稳定运行，每日每平方米可生产5.20 kg淡水，并回收122.45 mg硼。值得注意的是，回收的硼可显著提高农业生产力，使芥菜种子的发芽率提高了13%，其生物量产量是缺硼对照组的三倍。
这项研究在水–食物–能源关联领域建立了一种革命性的新范式，对于资源稀缺的沿海地区具有特别重要的意义。总之，该研究提出的淡化耦合硼提取技术提供了一种简单、通用且资源节约的解决方案，对可持续的水和食物安全具有深远的影响。