journal article·2025-06-11Open access

Advances in Hydrogel‐Based Photothermal Interfacial Solar Steam Generation: Classifications, Mechanisms, and Applications

Yongqian Cui, Xinxin Liang, Ying Wang, Jingyi Wang, Jenyuk Lohwacharin, Eric Lichtfouse, Chuanyi Wang

Abstract

Abstract The growing global demand for freshwater has driven considerable attention toward photothermal interfacial solar steam generation (PISSG), where hydrogels are widely used due to their excellent water absorption, efficient environmental friendliness, and favorable interface properties. However, recent review mostly focuses on photothermal materials' design and the mechanisms for reducing evaporation enthalpy, with limited discussion on diverse substrates, physicochemical properties of hydrogels, and thermodynamic analysis during the PISSG. This work aims to systematically review the current progress of hydrogel‐based PISSG and the challenges in practical applications. It begins with the classification of hydrogels on different substrates, mainly including cellulose, polyvinyl alcohol, polyacrylamide, and sodium alginate. Subsequently, the properties of hydrogels, photothermal conversion mechanism, and thermodynamics of interfacial evaporation are highlighted to illustrate how hydrogels optimize PISSG. Furthermore, the practical applications, ranging from seawater desalination, wastewater purification, photocatalytic degradation, multiple energy harvesting and conversion, and sterilization are broadly presented. Finally, the future research directions are proposed. Through this review, a comprehensive understanding of hydrogel‐based evaporators in PISSG is proposed to address potential issues in both fundamental research and practical applications, thereby contributing to the resolution of global water scarcity challenges.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Solar-Powered Water Purification Methods · Solar Thermal and Photovoltaic Systems · Phase Change Materials Research

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

School of Environmental Science and Engineering Shaanxi University of Science and Technology Xian 710021 P. R. China

Department of Environmental and Sustainable Engineering Faculty of Engineering Chulalongkorn University 254 Phayathai Road, Pathumwan Bangkok 10330 Thailand

State Key Laboratory of Multiphase Flow in Power Engineering Xi'an Jiaotong University Xi'an Shaanxi 710049 China

Jiangxi Key Lab of Flexible Electronics Flexible Electronics Innovation Institute Jiangxi Science and Technology Normal University Nanchang Jiangxi 330013 P. R. China

Funding

National Natural Science Foundation of China

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1038/s41586-023-06509-310.1038/s41586-023-06509-3 ↗
2. 10.1038/s41560-018-0260-710.1038/s41560-018-0260-7 ↗
3. 10.1002/adma.20231309010.1002/adma.202313090 ↗
4. 10.1038/s41467-024-50421-x10.1038/s41467-024-50421-x ↗
5. 10.1002/adfm.20210438010.1002/adfm.202104380 ↗
6. 10.1016/j.joule.2024.08.00510.1016/j.joule.2024.08.005 ↗
7. 10.1126/science.adk063210.1126/science.adk0632 ↗
8. 10.1039/C8EE01146J10.1039/C8EE01146J ↗
9. 10.1021/acsenergylett.2c0170010.1021/acsenergylett.2c01700 ↗
10. 10.1021/acsenergylett.1c0086910.1021/acsenergylett.1c00869 ↗
11. 10.1038/s44221-023-00059-810.1038/s44221-023-00059-8 ↗
12. 10.1039/D2TA10083E10.1039/D2TA10083E ↗
13. 10.1016/j.joule.2021.07.00510.1016/j.joule.2021.07.005 ↗
14. 10.1002/adfm.20230849210.1002/adfm.202308492 ↗
15. 10.1016/j.nanoen.2018.12.04610.1016/j.nanoen.2018.12.046 ↗
16. 10.1039/D3EE04073A10.1039/D3EE04073A ↗
17. 10.1002/anie.20220848710.1002/anie.202208487 ↗
18. 10.1021/acsami.4c1786410.1021/acsami.4c17864 ↗
19. 10.1016/j.nanoen.2024.11005710.1016/j.nanoen.2024.110057 ↗
20. 10.1016/j.pmatsci.2024.10137710.1016/j.pmatsci.2024.101377 ↗
21. 10.1002/adfm.20250450210.1002/adfm.202504502 ↗
22. 10.1002/adfm.20210858610.1002/adfm.202108586 ↗
23. 10.1016/j.reactfunctpolym.2022.10524310.1016/j.reactfunctpolym.2022.105243 ↗
24. 10.1016/j.carbpol.2020.11693410.1016/j.carbpol.2020.116934 ↗
25. 10.1016/j.desal.2023.11699910.1016/j.desal.2023.116999 ↗
26. 10.1016/j.desal.2020.11456410.1016/j.desal.2020.114564 ↗
27. 10.1021/acs.accounts.9b0045510.1021/acs.accounts.9b00455 ↗
28. 10.1016/j.carbpol.2023.12169510.1016/j.carbpol.2023.121695 ↗
29. 10.1016/j.cej.2021.13424510.1016/j.cej.2021.134245 ↗
30. 10.1016/j.cej.2024.15039810.1016/j.cej.2024.150398 ↗
31. 10.1002/adfm.20220926210.1002/adfm.202209262 ↗
32. 10.1016/j.carbpol.2025.12338510.1016/j.carbpol.2025.123385 ↗
33. 10.1016/j.cej.2021.13276510.1016/j.cej.2021.132765 ↗
34. 10.1016/j.desal.2024.11761110.1016/j.desal.2024.117611 ↗
35. 10.1016/j.carbpol.2020.11648010.1016/j.carbpol.2020.116480 ↗
36. Gu J. · Mater. Horiz. · 2025
37. 10.1016/j.desal.2024.11740010.1016/j.desal.2024.117400 ↗
38. 10.1039/C8TA10057H10.1039/C8TA10057H ↗
39. 10.1016/j.watres.2024.12170710.1016/j.watres.2024.121707 ↗
40. 10.1002/smll.20240215110.1002/smll.202402151 ↗
41. 10.1016/j.cej.2024.15181510.1016/j.cej.2024.151815 ↗
42. 10.1016/j.desal.2025.11870310.1016/j.desal.2025.118703 ↗
43. 10.1016/j.seppur.2025.13166010.1016/j.seppur.2025.131660 ↗
44. 10.1002/adfm.20250323410.1002/adfm.202503234 ↗
45. 10.1016/j.cej.2024.15011810.1016/j.cej.2024.150118 ↗
46. 10.1002/adfm.20241061610.1002/adfm.202410616 ↗
47. 10.1016/j.nantod.2024.10237010.1016/j.nantod.2024.102370 ↗
48. 10.1016/j.desal.2025.11884010.1016/j.desal.2025.118840 ↗
49. 10.1016/j.cej.2023.14656610.1016/j.cej.2023.146566 ↗
50. 10.1016/j.compscitech.2020.10863310.1016/j.compscitech.2020.108633 ↗
51. 10.1016/j.nanoen.2024.10947510.1016/j.nanoen.2024.109475 ↗
52. 10.1016/j.desal.2022.11636810.1016/j.desal.2022.116368 ↗
53. 10.1016/j.seppur.2022.12188910.1016/j.seppur.2022.121889 ↗
54. 10.1016/j.seppur.2024.13079510.1016/j.seppur.2024.130795 ↗
55. 10.1016/j.cej.2024.15479310.1016/j.cej.2024.154793 ↗
56. 10.1007/s40820-024-01433-110.1007/s40820-024-01433-1 ↗
57. 10.1016/j.cej.2024.15103810.1016/j.cej.2024.151038 ↗
58. 10.1016/j.cej.2025.16309310.1016/j.cej.2025.163093 ↗
59. 10.1016/j.desal.2025.11859910.1016/j.desal.2025.118599 ↗
60. 10.1016/j.cej.2025.16285310.1016/j.cej.2025.162853 ↗
61. 10.1002/smll.20241162410.1002/smll.202411624 ↗
62. 10.1016/j.cis.2021.10241510.1016/j.cis.2021.102415 ↗
63. 10.1016/j.carbpol.2023.12116110.1016/j.carbpol.2023.121161 ↗
64. 10.1002/adma.20220726210.1002/adma.202207262 ↗
65. 10.1002/adma.20241216210.1002/adma.202412162 ↗
66. 10.1007/s42114-022-00531-110.1007/s42114-022-00531-1 ↗
67. 10.1039/C8EE00567B10.1039/C8EE00567B ↗
68. 10.1002/adma.20190706110.1002/adma.201907061 ↗
69. 10.1002/adfm.20241138710.1002/adfm.202411387 ↗
70. 10.1016/j.desal.2024.11836410.1016/j.desal.2024.118364 ↗
71. 10.1039/D4TA08803D10.1039/D4TA08803D ↗
72. 10.1002/solr.20220058610.1002/solr.202200586 ↗
73. 10.1016/j.cej.2025.15989310.1016/j.cej.2025.159893 ↗
74. 10.1016/j.cej.2023.14822610.1016/j.cej.2023.148226 ↗
75. 10.1016/j.cej.2022.14070410.1016/j.cej.2022.140704 ↗
76. 10.1016/j.nanoen.2025.11078110.1016/j.nanoen.2025.110781 ↗
77. 10.1016/j.desal.2025.11876710.1016/j.desal.2025.118767 ↗
78. 10.1016/j.seppur.2025.13303310.1016/j.seppur.2025.133033 ↗
79. 10.1016/j.seppur.2025.13200910.1016/j.seppur.2025.132009 ↗
80. 10.1016/j.nanoen.2020.10513010.1016/j.nanoen.2020.105130 ↗
81. 10.1002/anie.20211407410.1002/anie.202114074 ↗
82. 10.1039/D3GC05157A10.1039/D3GC05157A ↗
83. 10.1021/acscentsci.2c0124510.1021/acscentsci.2c01245 ↗
84. 10.1021/acsami.3c1866110.1021/acsami.3c18661 ↗
85. 10.1021/jacs.1c1168910.1021/jacs.1c11689 ↗
86. 10.1016/j.enconman.2024.11877710.1016/j.enconman.2024.118777 ↗
87. 10.1021/acsami.2c1488510.1021/acsami.2c14885 ↗
88. 10.1002/mame.20210030910.1002/mame.202100309 ↗
89. 10.1007/s40820-021-00748-710.1007/s40820-021-00748-7 ↗
90. 10.1021/acsnano.1c0257810.1021/acsnano.1c02578 ↗
91. 10.1021/acs.nanolett.9b0025210.1021/acs.nanolett.9b00252 ↗
92. 10.1016/j.cej.2025.16245910.1016/j.cej.2025.162459 ↗
93. 10.1002/adfm.20210813510.1002/adfm.202108135 ↗
94. 10.1016/j.desal.2024.11790910.1016/j.desal.2024.117909 ↗
95. 10.1016/j.watres.2022.11927610.1016/j.watres.2022.119276 ↗
96. 10.1002/advs.20230866510.1002/advs.202308665 ↗
97. 10.1016/j.cej.2024.15155010.1016/j.cej.2024.151550 ↗
98. 10.1016/j.cej.2024.14867110.1016/j.cej.2024.148671 ↗
99. 10.1038/s41467-022-32820-010.1038/s41467-022-32820-0 ↗
100. 10.1016/j.cej.2023.14548410.1016/j.cej.2023.145484 ↗