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  目前，全球面臨著嚴峻的淡水資源短缺問題。界面驅(qū)動的太陽能蒸發(fā)作為一種利用太陽能從海水或污水中產(chǎn)生清潔水的新方法，引起了學術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。近年來，有報道稱水凝膠光熱材料可以降低水的蒸發(fā)焓，提高水的蒸發(fā)速率，這使得水凝膠成為制作太陽能蒸發(fā)器的優(yōu)良材料。目前報道的水凝膠光熱蒸發(fā)材料往往需要采用冷凍干燥方式提高孔隙率，該方法能耗高、耗時長、且難以大規(guī)模制備，嚴重影響了其實際應(yīng)用。此外，目前報道的水凝膠光熱材料大多基于聚吡咯和聚苯胺等高分子材料，這些材料成本較高，且合成過程繁瑣，耗時較長。因此，開發(fā)低成本和可大規(guī)模制備的水凝膠光熱材料具有重要意義。

  南昌大學李越湘教授團隊的王振興副教授受海洋中多孔海綿動物的啟發(fā)，通過在聚氨酯（PU）海綿表面原位生長黑色水凝膠制備了一種新型太陽能蒸發(fā)器。該蒸發(fā)器由起支撐作用的海綿骨架和具有光熱轉(zhuǎn)換作用的水凝膠皮層組成。水凝膠皮層具有高吸光率并且可以調(diào)控厚度來保留海綿的高孔隙率，實現(xiàn)水的快速運輸。海綿骨架起到支撐作用，賦予所述水凝膠海綿太陽能蒸發(fā)器優(yōu)異的力學穩(wěn)定性。該水凝膠蒸發(fā)器在一個太陽下可以實現(xiàn)2.8 kg m^-2h^?1高蒸發(fā)速率。相關(guān)工作以題為“Porifera-inspired cost-effective and scalable “porous hydrogel sponge” for durable and highly efficient solar-driven desalination”發(fā)表在《Chemical Engineering Journal》。南昌大學化學學院王振興副教授為論文第一作者，通訊作者為南昌大學化學學院李越湘教授。

  多孔光熱水凝膠海綿制備過程簡單溫和，無需冷凍干燥過程，僅在5個小時內(nèi)即可制備完成。與先前報道的聚吡咯（PPy）或填充黑色納米顆粒的黑色水凝膠不同，原位生成的光熱水凝膠由單寧酸（TA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和Fe³⁺組成。在該策略中，將浸有PVP和Fe³⁺的混合溶液的PU海綿在空氣中干燥，在海綿表面形成薄且均勻的PVP/Fe³⁺涂層。然后將干燥后的海綿浸入到TA溶液中。在此過程中，TA溶液擴散到薄PVP/ Fe³⁺涂層中，TA的酚羥基可分別與Fe³⁺和PVP的–C=O形成強烈的配位效應(yīng)和氫鍵相互作用，從而在海綿上生成黑色水凝膠，所得水凝膠的厚度可以有效調(diào)控以保留海綿的高孔隙率。（圖1和圖2）。

圖1多孔水凝膠光熱海綿的制備示意圖

圖2 多孔水凝膠海綿的表征

  該水凝膠海綿太陽能蒸發(fā)器具有優(yōu)良的海水淡化性能、脫鹽性能。在模擬一個太陽的輻射功率下（1kw m^-2），最大蒸發(fā)率可以達到2.8kg m^?2 h^?1，能量利用效率可以達到94%。(圖3)此外該水凝膠海綿太陽能蒸發(fā)器具有良好的抗鹽、抗油污性能和長期穩(wěn)定性，還具備制備簡單、成本低、可拓展性好等優(yōu)點。（圖4和圖5）

圖3 不同多孔水凝膠海綿的性能

圖4 水凝膠海綿的穩(wěn)定性

圖5 水凝膠海綿的大規(guī)模制備、性價比和戶外性能

  原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472102489X