青岛科大宗鲁团队ACS Nano：仿生氧化石墨烯杂化水凝胶，高效海水淡化器件！

论文信息

第一作者：Cheng Ma
通讯作者：宗鲁副教授
通讯单位：青岛科技大学
DOI: 10.1021/acsnano.1c07391

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近年来，具有光吸收特性的水凝胶材料，为利用太阳能快速水蒸发提供了一种极具前景的方法。然而，由于太阳能吸收器和水凝胶基底之间的弱界面相互作用，以及溶胀水凝胶蒸发器的难以控制的表面形貌等缺点，使得实现具有耐久力学性能和高效能量利用的光吸收水凝胶仍然具有极大的挑战性。

图1. 海绵状聚乙烯醇/类Janus氧化石墨烯杂化水凝胶(SPJH)的制备及其在太阳能蒸汽产生(SVG)中的应用。

文章要点1：在本文中，作者开发出一种高效的纳米限域策略，通过氢键和疏水相互作用的强界面作用，成功组装出海绵状聚乙烯醇/类Janus氧化石墨烯杂化水凝胶(SPJH)材料。

文章要点2：研究发现，得益于杂化水凝胶中的协同力学和能量纳米限域、以及可调控的表面形貌，由气泡和冰晶模板形成具有有趣多级结构的SPJHs表现出高达231 kJ m^–2的韧性和310%的优异极限应变，是光吸收水凝胶的三倍多。

文章要点3：测试表明，在1个太阳辐照下(相对湿度= 20%，温度= 25 °C)，所制备出的SPJHs具有高达4.18 kg m^–2 h^–1的蒸发速率，蒸发效率为95%。这种水凝胶基杂化太阳能蒸发器具有巧妙的设计原理，为规模化可加工的太阳能海水淡化器件提供了一条新途径。

图2. SPJHs的形貌和理化性质表征。

图3. SPJHs的力学性能表征。

图4.SPJHs的光吸收性能表征。

图5. SPJHs的光热特性与太阳能水蒸发性能。

图6. 海水淡化器件的组装与性能。

参考文献

Cheng Ma, Qiaoling Liu, Qianqian Peng, Guohui Yang, Min Jiang, Lu Zong, Jianming Zhang. Biomimetic Hybridization of Janus-like Graphene Oxide into Hierarchical Porous Hydrogels for Improved Mechanical Properties and Efficient Solar Desalination Devices. ACS Nano. 2021. DOI: 10.1021/acsnano.1c07391.