賓夕法尼亞大學楊澍課題組 AFM：可實現(xiàn)吸濕和水自釋放的混合水凝膠除濕劑

2023-12-12 來源：高分子科技

大氣中的水是獲取淡水和可持續(xù)能源的寶貴資源，直接從濕氣中收集水是非常具挑戰(zhàn)性的。由含鹽的水凝膠制成的混合脫濕劑在吸濕方面具有不錯的潛力，然而，脫附水的過程往往需要對樣品進行加熱，因此消耗額外的能量，從而局限了這一技術的發(fā)展。

賓夕法尼亞大學楊澍課題組在《Advanced Functional Materials》發(fā)表了題為《Moisture Absorbing and Water Self-Releasing from Hybrid Hydrogel Desiccants》的文章。在本文中，研究者們通過紫外光聚合制備了一種聚丙烯酸（PAA）水凝膠，并在其中嵌入了氯化鋰。紫外光聚合方法可以簡單而快速地制備，并能控制薄膜的幾何形狀。這種復合水凝膠在室溫和相對濕度50-90%的條件下可以實現(xiàn)同時吸濕和自主釋放液態(tài)水。釋放水的過程可以分為兩個明確的階段：1）表面釋放：由于在成核和擴散速率上存在差異，水滴會在水凝膠表面生長；2）大批量釋放：由聚合物鏈的堆疊引發(fā)了水凝膠網(wǎng)絡中水的釋放（圖1）。

圖1. PAA‐LiCl薄膜吸濕和釋放的示意圖研究者們系統(tǒng)性地研究了鹽濃度、水凝膠交聯(lián)密度和薄膜厚度等因素，以便更好地了解吸濕和釋放水的過程。此外，將疏水區(qū)域引入嵌入鹽的PAA薄膜，產(chǎn)生增強液滴生長速率的邊緣效應。當疏水區(qū)域被圖案化時，釋放水的運動可以被引導，在重力作用的加持下，水去除速率與平坦的PAA-LiCl薄膜相比可以增加三倍（圖2）。此外，減小薄膜厚度增加了水的吸收，并縮短了到達臨界點的時間。

圖2. PAA-LiCl薄膜上10分鐘內水滴凝聚和生長的光學顯微鏡圖像，包括：（a）原始薄膜和（b）帶有隨機分布的疏水區(qū)域的薄膜。一系列光學照片展示了水凝膠薄膜上的疏水圖案可以引導水滴的滑落.，圖案包括: (c）隨機，(d）平行線，和 (e）樹狀線。紅色箭頭表示由圖案引導的水滴運動方向。(f）不同圖案的薄膜上水滴滑落的起始時間。

這項研究彰顯了嵌入鹽的水凝膠在不使用外部能源的情況下被動吸濕的潛力。這有助于設計新型混合聚電解質水凝膠并實現(xiàn)低碳高效的除濕。文章第一并列作者是博士生So Hee Nah和博士后Yuchan Lee.

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202313881

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（責任編輯：xu）

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