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  水資源短缺是全世界所面臨的重要難題，全球很多地區(qū)和國家都出現(xiàn)了不同程度水資源短缺，嚴重威脅到了人類的生存和發(fā)展。經(jīng)研究表明，大氣中富含水分，然而，人類對大氣中水分的利用率仍然非常低。因此，大氣集水（AWH）作為一項新的大氣水采集技術具有巨大的應用潛力。近年來，一系列具有大比表面積、多孔隙率的聚合物氣凝膠被廣泛的應用于大氣集水領域。其中，吸濕鹽與親水性高分子聚合物相結合的太陽能驅動的大氣集水（SAWH）在吸濕和解吸方面具有獨特的優(yōu)勢。由于其不受地域限制，以高效和可持續(xù)的太陽光能，實現(xiàn)界面水汽蒸發(fā)，收集水分。但由于傳統(tǒng)吸濕氣凝膠不可避免地存在鹽分易泄漏、團聚等問題，導致吸附-解吸速率緩慢，而且其內部無序的孔隙結構使得水汽擴散阻力較大，進一步影響水汽蒸發(fā)效率。因此，合理設計制備具有良好吸濕-解吸和高機械強度可持續(xù)集水的氣凝膠非常重要。

  基于此，西北師范大學彭輝、馬國富教授團隊選擇熱響應型聚(n-異丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)和羥丙基纖維素（HPC）為主要成分，加入經(jīng)乙醇胺修飾的LiCl（E-LiCl）作為主要的吸濕劑，由于E-LiCl可與PNIPAm/HPC凝膠網(wǎng)絡中的O、N形成氫鍵或化學配位，實現(xiàn)鹽離子的錨定，有效防止解吸后鹽分易泄漏、團聚等問題。隨后在吸濕凝膠表面懸滴聚苯胺（PANI），構建太陽光熱轉化層，形成太陽能驅動的吸濕凝膠(SMPH)。最后通過定向冷凍和真空干燥，得到具有定向排列大孔結構的吸濕氣凝膠（圖1）。這種定向排列大孔通道，作為水汽吸附、傳遞通道，使得吸濕鹽E-LiCl穩(wěn)定高效負載，從而提高水吸附-解吸動力學。 

圖2 吸濕氣凝膠光學照片和掃描電鏡圖

圖3 吸濕氣凝膠結構表征圖

圖4 吸濕氣凝膠吸濕性能圖

圖5 吸濕氣凝膠解吸圖

圖6 吸濕氣凝膠室外集水圖

  該成果以“High Solar-Thermal Conversion Aerogel for Efficient Atmospheric Water Harvesting”為題在國際知名期刊Small上發(fā)表。本文第一作者為博士生王向兵，通訊作者為彭輝云亭青年教授和馬國富教授，通訊單位為西北師范大學生態(tài)功能高分子材料教育部重點實驗室。

  原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202307416

團隊介紹

彭輝，男，西北師范大學云亭青年教授。主要從事新能源材料、生態(tài)功能材料方面的研究工作，包括特殊結構導電聚合物納米材料、聚合物基低維碳納米材料、多功能凝膠電解質的制備及新型電化學儲能器件的設計和組裝研究。迄今，在Nano Energy、Small、Chem. Eng. J.等國際知名期刊發(fā)表SCI論文60余篇。近年來，主持國家自然科學基金項目2項，甘肅省杰出青年基金項目1項，甘肅省教育廳產(chǎn)業(yè)支撐計劃項目1項等。榮獲甘肅省自然科學二等獎（2015年）和甘肅省自然科學三等獎（2021年）等。

馬國富，男，西北師范大學教授，博士生導師，現(xiàn)任生態(tài)功能高分子材料教育部重點實驗室副主任。主要從事環(huán)境友好功能材料相關研究，包括：生態(tài)保持及修復材料、電化學能量轉化及儲存材料。先后在J. Mater. Chem. A、Small、Chem. Eng. J和ACS Appl. Mater. Interfaces等學術期刊發(fā)表SCI收錄論文100余篇，獲授權發(fā)明專利10件；科技成果鑒定、評價4項。主持國家自然科學基金3項，中央引導地方科技發(fā)展資金項目1項，甘肅省基礎研究創(chuàng)新群體項目1項，甘肅省高校協(xié)同創(chuàng)新團隊項目1項等。榮獲2014年甘肅省高�？萍歼M步一等獎，2015年甘肅省自然科學二等獎，2021年甘肅省自然科學三等獎。2022、2023年入選斯坦福大學發(fā)布的材料科學、能源技術全球前2%頂尖科學家終身成就榜單。