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  目前，全球面臨著嚴(yán)峻的淡水資源短缺問題。界面驅(qū)動(dòng)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(xué)術(shù)界和工業(yè)界的關(guān)注。近年來，有報(bào)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(bào)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(shí)長、且難以大規(guī)模制備，嚴(yán)重影響了其實(shí)際應(yīng)用。此外，目前報(bào)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(shí)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(xué)李越湘教授團(tuán)隊(duì)的王振興副教授受海洋中多孔海綿動(dòng)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(shí)現(xiàn)水的快速運(yùn)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(xué)穩(wěn)定性。該水凝膠蒸發(fā)器在一個(gè)太陽下可以實(shí)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(xué)化學(xué)學(xué)院王振興副教授為論文第一作者，通訊作者為南昌大學(xué)化學(xué)學(xué)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(gè)小時(shí)內(nèi)即可制備完成。與先前報(bào)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(kuò)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(qiáng)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(gè)太陽的輻射功率下（1kw m^-2），最大蒸發(fā)率可以達(dá)到2.8kg m^?2 h^?1，能量利用效率可以達(dá)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(diǎn)。（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(jià)比和戶外性能

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