近日，北京化工大學(xué)化學(xué)學(xué)院汪樂余教授研究團隊在《 Advanced Functional Materials 》 發(fā)表題為 “Gas Foaming Guided Fabrication of 3D Porous Plasmonic Nanoplatform with Broadband Absorption, Tunable Shape, Excellent Stability, and High Photothermal Efficiency for Solar Water Purification ” (Adv. Funct. Mater.2020, 2003995)的研究論文。

該團隊前期圍繞新型等離子體共振納米材料設(shè)計及應(yīng)用開展了一系列的創(chuàng)新研究，通過制備自摻雜硫化亞銅長波等離子體共振納米材料(Cu7S4)，使其具有1500 nm處近紅外長波收，通過降低基底背景信號，開發(fā)了基于光熱成像的新型隱形指紋成像技術(shù)(Anal. Chem.2015, 87, 11592?11598)；繼而通過對表面等離子體共振納米材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計與調(diào)控，制備Cu7S4-Au異質(zhì)結(jié)，使其在近紅外808 nm處有強吸收，有效避免生物組織的背景干擾，增強組織穿透深度，結(jié)合具有深組織穿透性的新型19F磁共振成像技術(shù)，從而構(gòu)建集“成像+治療”為一體的納米診療體系，用于深層組織腫瘤的診療(J. Am. Chem. Soc.2018, 140, 5890?5894)。

表面等離激元納米材料不但在成像及治療領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，其在太陽光的轉(zhuǎn)化利用方面也有巨大的潛力。該團隊通過進(jìn)一步的結(jié)構(gòu)設(shè)計，制備系列Cu7S4基表面等離子體共振納米材料，并將其應(yīng)用光催化(Nano Lett.2015, 15, 6295?6301)及光電催化(Angew. Chem.-Int. Ed. 2016, 55 (22), 6502-6505;Small2017, 1602235)。在前期工作基礎(chǔ)上，作者發(fā)揮Cu7S4-MoS2-Au (CMA NPs)等離子體共振納米材料的寬光譜吸收及高光熱轉(zhuǎn)化效率的特點，將其作為光吸收體，應(yīng)用于海水淡化系統(tǒng)?，F(xiàn)有的光熱水凈化體系往往采用表面物理吸附方式將吸光體負(fù)載于水傳輸系統(tǒng)，或者采用具有光熱性能的材料制備水凝膠作為水傳輸系統(tǒng)，因此，存在機械性能差及惡劣環(huán)境不耐受的問題，不適于規(guī)?；a(chǎn)和實際應(yīng)用。

本工作通過原位氣體發(fā)泡策略，利用聚二甲基硅氧烷（PDMS）一步封裝具有良好光熱性能的納米顆粒CMA NPs，從而構(gòu)建三維多孔光熱納米結(jié)構(gòu)(CMA/PPN)，再經(jīng)過原位聚合進(jìn)行表面親水修飾，實現(xiàn)水的高效傳輸。在1 KW/m2的光照強度下，所制備的CMA/PPN材料表現(xiàn)出了3.824 kg m-2 h-1的光熱水蒸發(fā)速率和96.6%的能量效率?；赑DMS的化學(xué)惰性及柔性，我們設(shè)計的可折疊、自懸浮CMA/PPN材料可以在強酸、強堿、強氧化性和高濃度鹽的條件下表現(xiàn)出高效且和穩(wěn)定的光熱水蒸發(fā)性能。該研究在海水淡化，污水處理等領(lǐng)域展現(xiàn)出良好的實際應(yīng)用前景。

本文第一作者是博士生王輝，汪樂余教授、許蘇英副教授為本文的通訊作者，北京化工大學(xué)為第一完成單位。本研究工作得到了國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃和中央高校基本科研業(yè)務(wù)費的資助。