清洁的淡水对人类生存和社会发展至关重要，是维持生命和推动进步的基本资源[1],[2],[3],[4],[5]。然而，由于人口增长、资源枯竭、工业扩张、气候变化和污染等原因，全球淡水供应日益受到威胁[6]。目前，有超过40亿人面临严重的淡水短缺问题[7]。将海水或处理过的废水转化为饮用水是应对这一挑战的有效途径。传统的海水淡化技术，包括多级闪蒸、膜蒸馏、电渗析和反渗透等，在清洁水生产中得到了广泛应用[8]。尽管这些方法有效，但需要大量的热能或电能输入，导致运营成本较高，且容易受到能源价格波动的影响[9]。此外，大规模安装和长时间运行往往会导致盐分积累和材料降解，从而影响长期效率和耐久性[10]。巨大的能源需求和高资本投入成为这些技术广泛应用的主要障碍，尤其是在偏远、能源匮乏和低收入地区[11]。
近年来，界面太阳能蒸汽生成（ISVG）作为一种高效、节能、成本效益高且环境影响低的淡水生产技术引起了广泛关注[12]。ISVG系统能够在水-空气界面局部利用丰富的太阳能，为缓解全球水资源危机提供了可持续的解决方案[13]。ISVG系统运行的核心是光热材料（PTMs）的使用，其性能的提升至关重要。为此，研究人员开发了一系列先进的功能性材料，包括等离子体金属纳米颗粒[14],[15],[16]、半导体[17],[18]、碳基材料[19],[20],[21]以及共轭聚合物[22]。这些材料凭借出色的光吸收和光热转换性能，以及多样的结构设计，实现了高效的光热蒸汽生成。
然而，许多光热材料受到复杂合成路径和易受盐污染的影响，限制了其长期实用性。目前正在进行的研究致力于开发具有更高蒸发效率和太阳能蒸汽生成效果的光热材料[23]。理想的光热材料应具备广泛的太阳光吸收能力、抗污染特性以及适用于“实际应用”的可扩展性[24],[25]。因此，基于生物质材料设计低成本太阳能蒸发器成为关键的研究方向[26],[27],[28]。天然材料如木材、竹子和废弃稻草越来越多地被使用，通常以炭化形式或与光热层结合使用[29],[30],[31],[32],[33]。尽管具有潜力，但基于生物质的蒸发器仍面临操作挑战，包括有限的抗菌活性，而这对于防止生物污染和确保产水的安全性至关重要[34]。中药提取过程中产生的残渣是一种有前景且可持续的光热材料前体[35]。这些木质纤维素材料每年产量达数百万公吨，但往往被焚烧或填埋处理[36],[37]。通过生物发酵、二次生物活性化合物回收和热解气化等增值策略显示出潜力，但在资源高效利用和高价值转化方面仍存在技术限制[38]，需要创新的升级方法。经过处理的中药残渣因其双重功能特性、层次多孔结构和固有的抗菌活性，适合作为ISVG系统中的光热材料[34]。多孔结构通过多种方式促进热量管理和水分传输：（1）毛细驱动的流体传输，借助表面官能团和微槽；（2）通过孔隙界面的声子散射实现局部热限制；（3）减少对流热损失的蒸汽释放通道。此外，炭化的中药残渣保留了醌类、酚酸、黄酮类及相关含氧官能团，这些成分具有多重抗菌效果，包括抑制细菌生长、破坏生物膜、吸附毒素和调节微环境[39],[40],[41]。
太阳能蒸发器的结构设计成为实现高蒸发率、稳定供水、热能局部化和有效脱盐的关键研究方向。最新研究表明，三维（3D）蒸发器相比二维（2D）蒸发器具有显著优势，主要归因于更大的蒸发表面积[42],[43]。3D结构中的非照明表面可实现“冷蒸发”，有效利用环境中的额外能量[44]。水凝胶是一种通过共价或超分子交联形成的三维亲水聚合物网络，具有优异的保水性能[45],[46]，特别适合用于界面太阳能蒸发。当与光热材料结合时，水凝胶能够实现连续供水并增强抗盐性。藻酸钠（SA）是一种天然可生物降解的聚合物，含有丰富的亲水基团（–OH和–COOH），可通过物理或化学交联形成稳定的水凝胶网络[47],[48]。因此，SA可作为蒸发器设计的理想基底材料，实现高效且低成本的太阳能蒸发器的大规模生产。开发能够同时进行蒸汽生成和废水净化的多功能光热系统仍是关键的研究目标。
在这项研究中，我们提出了一种将中药残渣制成的生物炭结合到SA水凝胶基质中的MHS蒸发器。这种设计协同优化了淡化性能、抗菌效果、重金属修复和机械耐久性。所得MHS蒸发器在极端pH值（1–14）下保持稳定的蒸发速率2.69 kg·m−2·h−1，在单太阳光照下的太阳能到蒸汽的转化效率达到97.7%。MHS蒸发器表现出显著的抗菌活性，有效抑制细菌生长，适用于家庭清洁水生产。丰富的表面羟基（–OH）通过氢键和螯合作用有效吸附重金属离子（Pb2+和Cd2+和有机染料。此外，MHS蒸发器在海水淡化过程中表现出长期稳定性，连续运行30天后仍保持高水平的光热性能。此外，其制备过程无需模板，可扩展，有利于大规模淡水生产。这些多方面的性能表明MHS蒸发器在解决不同应用场景下的清洁水量和安全问题方面具有巨大潜力。
