成果简介
图1、太阳能驱动水净化GPA示意图。
本文，东北大学Xiangyu Li、清华大学Lin Feng等研究人员在《Adv Funct Mater》期刊发表名为“A Lotus-Petiole-Inspired Hierarchical Design with Hydrophilic/Hydrophobic Management for Enhanced Solar Water Purification”的论文，研究受荷叶柄特征的启发，报告了一种润湿性增强的太阳能蒸汽产生，该气凝胶含有嵌入聚（N-丙烯酰基甘氨酰胺）（PNAGA）的还原氧化石墨烯（rGO）片阵列（图1）。作者选择rGO源于其出色的可加工性和兼容性，可轻松制造成三维和对齐的层状框架。因此，它可以在相关长度尺度上模仿荷叶柄，以促进水-空气运输并补充蒸发表面。
为了放大超分子对水活化的效应，我们提出将先前报道的具有单一和简单氢键相互作用的聚合物转化为具有丰富氢键位点的PNAGA，其在常规太阳能水蒸发材料中具有最高的氢键密度。再加上侧链双酰胺基序之间强大的氢键微域，水-水分子间力明显减弱，降低了水汽化焓。通过精确调整微观结构和润湿性，rGO/PNAGA 气凝胶 （GPA） 太阳能蒸发器在一次太阳照射（1 kW m−2）下，蒸发率高达3.4 kg m−2 h−1，能量转换效率≈93%，明显超过具有类似成分的碳基气凝胶。
分子动力学（MD）模拟表明，锚定在石墨烯骨架上的富氢键位点可以显著加速蒸发过程。此外，通过量身定制的超亲水性和水下超疏油性有效抑制纳米/亚微米级油的聚集，确保稳定持久的蒸发性能。凭借所有这些优点，GPA能够从酸碱腐蚀乳液，含油盐水，苦咸水，海水和生活污水中实现高效的水净化，为将来获得安全管理的饮用水铺平了道路。
图文导读
图2、GPA的制造工艺和表征
图3、太阳能驱动的水蒸发性能。
图4、不同蒸发过程的MD模拟
图5、GPA6 对含油废水的分离性能
图6、基于GPA的太阳能海水淡化的净水性能
小结
综上所述，在莲叶柄优异的泵送和自清洁能力的启发下，作者展示了一类具有亲水超分子聚合物区和疏水性纯rGO区的双区光热蒸发材料，用于清洁水的获取。作者的研究为满足可持续和全面的水净化系统开发的技术差距提供了可能性，这应该为能源 – 水 – 环境关系中的其他先进材料提供更多提升选择。
文献：https://doi.org/10.1002/adfm.202302019
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