由于人口增長、氣候變化和經濟發展等因素，清潔淡水的稀缺已成為人類面臨的重大挑戰。海水淡化和廢水凈化技術，如膜分離和熱蒸餾，面臨成本高和能效低的挑戰。太陽能驅動的界面水蒸發是一種可持續的方法，通過低溫蒸發從海水和廢水中提取清潔水。然而，其在淡化和凈化方面的實際應用受到蒸發率低的限制。通常通過對光熱轉化材料的設計以及蒸發器骨架的優化來打破這一限制。
迄今為止，已經開發了眾多光熱轉化材料，其中，具有豐富來源的碳基材料的綠色和無毒特性使它們成為極佳選擇。除了光熱轉化材料外，蒸發器骨架也是太陽能蒸汽發生的關鍵部分。氣凝膠高度內置的多孔結構增加了蒸發器的表面粗糙度，提高了光吸收。此外，氣凝膠的互連多孔網絡和親水基團通過毛細作用實現快速的水傳輸，防止連續蒸發過程中的鹽聚集，實現鹽耐受性。更重要的是，基于聚合物氣凝膠的蒸發器的獨特分層納米結構和可調節的親水/疏水功能團可以降低與散裝水相比的氫鍵相互作用，顯著降低蒸發焓，提高相同太陽能輸入下的蒸發率。然而，同時實現高水分傳輸性、機械性能和光-蒸汽轉化效率的蒸發器一直是個難題。
針對上述難題問題，南京工業大學化工學院、材料化學工程國家重點實驗室陳蘇教授團隊通過在二氧化硅氣凝膠上原位生長聚吡咯，并使用海藻酸鈉交聯固化以塑型制備了具有高抗壓性能（4.13 MPa）的堅固多孔蒸發器。其中二氧化硅氣凝膠作為骨架，形成具有保溫性能的三維多孔互連結構，而負載的聚吡咯因其在全光譜范圍內良好的光吸收能力作為光吸收材料。得益于三維多孔結構、高效的光吸收能力和聚合物網絡結構中降低的蒸發焓的協同效應，蒸發器在1 kW m-2的光強下輕松實現了2.17 kg m-2 h-1的蒸發速率，對應于94.17%的光-蒸汽轉化效率。并且，該蒸發器的耐鹽性和長期穩定性表明，它為從海水淡化中生產淡水提供了一個新途徑。
該研究成果于近日發表在國際重要刊物《Separation and Purification Technology》上。(Easy access to robust rigid SiO2-based photothermal aerogel for enhanced solar interfacial evaporation)。南京工業大學博士研究生王佳偉為第一作者。南京工業大學陳蘇教授、朱亮亮教授為共同通訊作者。
該課題得到了國家自然科學基金重點項目、國家重點研發計劃、國家青年自然基金、江蘇省特聘教授項目、江蘇省高等學校學術重點項目等基金的資助和支持。
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