近日，北京化工大學化學學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計及應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(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構設計與調控，制備Cu7S4-Au異質結，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，結合具有深組織穿透性的新型19F磁共振成像技術，從而構建集“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域有廣泛的應用，其在太陽光的轉化利用方面也有巨大的潛力。該團隊通過進一步的結構設計，制備系列Cu7S4基表面等離子體共振納米材料，并將其應用光催化(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化效率的特點，將其作為光吸收體，應用于海水淡化系統(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，從而構建三維多孔光熱納米結構(CMA/PPN)，再經(jīng)過原位聚合進行表面親水修飾，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的化學惰性及柔性，我們設計的可折疊、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，污水處理等領域展現(xiàn)出良好的實際應用前景。

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，北京化工大學為第一完成單位。本研究工作得到了國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃和中央高校基本科研業(yè)務費的資助。