淡水資源短缺問(wèn)題日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)淡水制備因能源供應(yīng)需求量大、設(shè)備龐大復(fù)雜等問(wèn)題難以普及。地球大氣中存在著水汽資源（約50000km3），通過(guò)材料在空氣中吸濕，在太陽(yáng)能作用下實(shí)施光熱蒸發(fā)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)空氣集水的技術(shù)正在興起。

　　鐵蘭屬植物（Tillandsia Species）是一類附生植物，其生存不依靠根莖從土壤中吸收水分，葉片直接從空氣中吸收水分即能存活。在葉片內(nèi)部滲透壓的作用下，被吸附的水分可從最外組織到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)定向運(yùn)輸，最終儲(chǔ)存在葉片內(nèi)部組織系統(tǒng)內(nèi)，實(shí)現(xiàn)連續(xù)、快速的水分吸收（圖1）。

　　受此啟發(fā)，中國(guó)科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員陳濤、副研究員肖鵬提出一種吸濕型光熱有機(jī)凝膠（POG）來(lái)實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的光熱空氣制水。聚甲基丙烯酸鈉/丙烯酰胺的親水性共聚高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)可以將吸濕性的有機(jī)溶劑（甘油）容納其中。類似于鐵蘭植物，POG內(nèi)吸濕性的甘油介質(zhì)在滲透壓的作用下賦予其內(nèi)部快速的水?dāng)U散，通過(guò)聚合物鏈溶脹的形式將水儲(chǔ)存在其內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)POG連續(xù)、快速、高容量的吸濕性能。實(shí)驗(yàn)證明和理論分析，聚合物網(wǎng)絡(luò)上親水性的官能團(tuán)也能協(xié)同增強(qiáng)POG的吸濕行為。在90％的相對(duì)濕度下，該P(yáng)OG在12小時(shí)內(nèi)最終展現(xiàn)出6.12kg/m2的吸濕性能和16.01kg/m2的超高平衡水分吸附（圖2-3）。此外，互穿的光熱高分子網(wǎng)絡(luò)聚吡咯-多巴胺（P-Py-DA）賦予POG優(yōu)秀的光熱性能，可以實(shí)現(xiàn)可控的太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的界面水分釋放，以獲取被吸附的水分（圖4a-b）。戶外實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該P(yáng)OG在實(shí)際的室外實(shí)驗(yàn)中淡水日產(chǎn)量達(dá)到2.43kg/m2，收集到的淡水中的離子濃度的含量符合WHO和EPA的飲用水標(biāo)準(zhǔn)（圖4c-g）。該研究為太陽(yáng)能光熱空氣集水提供一種新的材料體系，有機(jī)凝膠的聚合物骨架和吸濕介質(zhì)的選擇具有高度可設(shè)計(jì)性，后期可通過(guò)設(shè)計(jì)進(jìn)一步提高其空氣制水性能。

　　相關(guān)研究成果以Tillandsia-inspired Hygroscopic Photothermal Organogels for Efficient Atmospheric Water Harvesting為題，發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI:10.1002/anie.202007885）上。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點(diǎn)研究項(xiàng)目、博士后創(chuàng)新人才支持計(jì)劃、中國(guó)博士后科學(xué)基金及王寬誠(chéng)國(guó)際交叉團(tuán)隊(duì)的資助。

圖1.POG仿生策略的設(shè)計(jì)

圖2.POG的吸濕性能表征

圖3.POG的吸濕機(jī)理探究

圖4.a-b)POG的光熱蒸發(fā)性能；c-g)基于POG獲得純凈水的戶外實(shí)驗(yàn)