《JACS》：高性能太阳能水蒸发器！缓解淡水短缺问题
淡水短缺是社会发展面临的日益严峻的挑战。据报道，29%的全球人口缺乏安全饮用水，由于人口增长和环境问题，对清洁水的需求仍在不断增加。特别是在当前冠状病毒疾病(新冠肺炎)疫情爆发的背景下，与卫生设施相关的清洁水尤为重要。太阳光驱动的水蒸发被认为是利用太阳光作为唯一的能量输入，从海水和废水中生产清洁水的最有前途的技术之一。该技术非常依赖于太阳能吸收器，其作为蒸发器将太阳能转化为热量，用于产生蒸汽。为了实现高的水蒸发率和太阳热转换效率，理想的材料应具有广泛的吸收率，以有效利用太阳光谱的大部分，低热导率，以抑制热损失，以及三维(3D)多孔通道，以有效的水传输。太阳能发电是一种可持续的水处理技术，有助于缓解全球缺水问题。然而，这种技术面临着巨大的挑战，因为水蒸发能耗高，蒸发速率低。
近日，德国柏林工业大学ArneThomas教授课题组报道了一种共价有机框架(COF)/石墨烯双区域水凝胶，通过简单的原位生长策略在一种材料中实现包含亲水和疏水区域。亲水性COF覆盖了部分疏水性石墨烯区域。通过对两个润湿区域的精确控制，杂化水凝胶显示出有效的采光、可调的润湿性、优化的水含量和降低的水蒸发能量需求。作为太阳能吸收器，双区域水凝胶在1个太阳照射(1kw/m2)下的蒸汽生成率高达3.69kg/m2/h，与其他先进材料不相上下。此外，这种水凝胶蒸发器可用于从海水和污水中生产饮用水，展示了水处理的潜力。这项研究工作以“ACovalentOrganicFramework/GrapheneDual-RegionHydrogelforEnhancedSolar-DrivenWaterGeneration”为题发表在国际顶级期刊《JACS》上。
https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c11689
图1.加速太阳能驱动水分蒸发的COF/石墨烯双区水凝胶方案
图2.化学表征
图3太阳能水蒸发性能测试
图4实际应用
综上所述，作者开发了具有亲水性负载COF的rGO区域和疏水性纯rGO区域的双区域COF/石墨烯水凝胶。这两个区域协同调节CGH的通道尺寸和润湿性，从而进一步调节水含量和状态，以及蒸汽产生的能量消耗。通过使用合适的亲水和疏水区域的比例，可以产生CGH，在1个太阳光强度照射下，水以3.69kg/m2/h的高速率蒸发，能量效率为92%。更重要的是，这种水凝胶在弱阳光下也能实现高速蒸发。将CGH用于脱盐和废水处理的能力进一步显示了这种材料在环境应用中的有希望的潜力。这项工作证明了一种新颖有效的方法，不仅用于形成双区域杂化材料，而且用于调节水凝胶中水的状态。这种产生具有可调亲水和疏水区域的高度多孔材料的方法对于其它应用也应该是令人感兴趣的，例如在膜和其它分离和纯化装置中。（文：oneend）
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