顆粒在線訊：吸光水凝膠提供了一種利用太陽能快速蒸發(fā)水的方法。然而，由于太陽能吸收劑和水凝膠基質(zhì)之間的微弱界面相互作用以及溶脹水凝膠基蒸發(fā)器的難以控制的表面形貌，要獲得兼具耐用機械性能和高效能量利用的吸光水凝膠仍然具有挑戰(zhàn)性。

最近，科研人員展示了一種有效的納米限制策略，通過氫鍵和疏水相互作用的強界面相互作用來組裝海綿狀聚（乙烯醇）/類Janus 氧化石墨烯混合水凝膠（SPJH）。所得的 SPJH 具有由氣泡和冰晶模板化的耐人尋味的分層微觀結(jié)構(gòu)，顯示出高韌性（~231 kJ m-2）和極限應(yīng)變（~310%），是吸光水凝膠的三倍以上和 4.18 kg m–2 h–1 的高蒸發(fā)率，在 1 次太陽照射下（相對濕度 = 20%；溫度 = 25 °C），蒸發(fā)率高達 95%，通過協(xié)同機械和能量納米限制和定制的表面形貌實現(xiàn)在設(shè)計的混合水凝膠中。這種具有巧妙設(shè)計原理的基于混合水凝膠的太陽能蒸發(fā)器為可擴展和可加工的太陽能水凈化設(shè)備提供了途徑。

圖 1. 基于海綿狀 PVA/Janus 類氧化石墨烯混合水凝膠 (SPJH)的太陽能蒸汽生成 (SVG) 示意圖。

圖 2. (a) 準備好的 SPJH 的照片。(b-d) 不同放大倍數(shù)下的 SEM 圖像顯示 (b) 1 mm 尺度的孔隙形態(tài)，(c) 200 μm 尺度的孔隙形態(tài)，以及 (d) 50 μm 尺度的孔隙形態(tài)。(e) PHs、SPHs 和 SPJHs 的孔徑分布。(f) FTIR 光譜顯示了 JGO、SPH 和 SPJH 的化學(xué)成分。(g) JGO、SPH 和 SPJH 的拉曼光譜；SPH 和 SPJH 的拉曼成像。

圖 3. (a) 具有不同 JGO 含量的 SPJH 的應(yīng)力-應(yīng)變曲線。(b) 具有不同 JGO 含量的 SPJH 的拉伸韌性。(c) 具有不同 JGO 含量的 JGO 和 SPJH 的 XRD 譜。(d) SPHs 和 SPJHs 多孔形態(tài)的比較。(e) 動態(tài)力學(xué)分析顯示了 SPHs 和 SPJHs 的儲能模量 (G') 和損耗模量 (G")。(f) SPJHs 與其他吸光水凝膠的拉伸韌性比較。

圖 4. (a) PJH 和 SPJH 表面反射的光示意圖以及 PJH 和 SPJH 表面的數(shù)碼照片。(b) 約 1 mm 厚的 SPJH 和 PJH 片材的 UV-vis NIR 光譜。棕色虛線表示氣團 1.5 全球（AM 1.5 G）傾斜太陽光譜的歸一化光譜太陽輻照度密度。

圖 5. (a) SPJH、PJH、SPH 和 PH 在 1個陽光下 (1 kW m-2) 的水質(zhì)量損失，以純水為對照。內(nèi)圖是太陽水分蒸發(fā)PH、PJH、SPH、SPJH的宏觀圖。(b) SPJH 的數(shù)字和紅外圖像，照射時間為 5、10 和 60 分鐘。(c) 蒸發(fā)率隨時間、鹽度 (‰) 和相對濕度 (RH) (%) 的變化。深藍色區(qū)域表示水分蒸發(fā)速度快，淺藍色區(qū)域表示水分蒸發(fā)速度慢。(d) PH、SPH、PJH、SPJH 和水的蒸發(fā)焓。(e) SPJH的持續(xù)時間測試基于在 1 個太陽下連續(xù) 1 周（168 小時）的太陽能淡化。(f) SPJH 在 1 太陽下與之前的報告相比的蒸汽發(fā)生性能。

圖 6. (a) 模擬實際凈水設(shè)備的太陽能凈水系統(tǒng)的數(shù)碼照片和示意圖。(b) SPJH 在 1 個太陽下以 0、20、40 和 60 mL min-1 的不同氣流速度輸送水。(c)脫鹽前后實際海水樣品中四種主要離子的測量濃度。(d)使用電極間距離恒定的萬用表評估水的純度。(e) 10 小時室外太陽能海水淡化過程中的純凈水量，仔細跟蹤太陽通量、環(huán)境溫度和風(fēng)速。

相關(guān)論文以題為Biomimetic Hybridization of Janus-like Graphene Oxide into Hierarchical Porous Hydrogels for Improved Mechanical Properties and Efficient Solar Desalination Devices發(fā)表在《ACS Nano》上。通訊作者是青島科技大學(xué)宗魯副教授。