高强韧、高耐久碳纳米管/水凝胶复合材料用于太阳能界面水蒸发

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成果简介

研究团队提出并制备了一种新颖的具有增强毛细泵设计的碳纳米管水凝胶复合材料。将碳纳米管（CNTs）均匀分散掺入仿珍珠层水凝胶（PAA/PVA）前驱液，其中，CNTs不仅充当高效的光热吸收材料，还可通过碳纳米管表面与水凝胶中高分子链物理缠绕，充当纳米交联网络。通过将CNTs/PAA/PVA水凝胶预聚体浸没在高浓度LiCl溶液中，由于凝胶基质内外离子浓度差异，发生渗透压差诱导的体积收缩并显著增强水凝胶中的氢键物理作用；此外由于PAA和PVA高分子链在盐溶液中的溶解度差异，通过盐析效应还可同步发生高分子微相分离。上述过程改善了高分子链与碳纳米管之间的界面相互作用，进一步增强了CNTs/PAA/PVA纳米复合水凝胶的一系列力学性能表现，同时为太阳能界面蒸发过程中的水汽运输提供更紧凑的微通道结构，有助于增强毛细泵效应。在高含盐环境中，具有耐久而稳定的机械性能，可长期稳定工作。此外，在模拟海水的3.5 wt%氯化钠溶液中和100 mW/cm2的光照条件下，实现了1.31 kg m-2h−1的出色水蒸发速率和93.5%的转化效率，以及稳定的循环使用而无表面因盐积累而造成的孔道堵塞。这项工作展示了一种能在盐水环境中实现具有卓越力学性能和耐久性能的太阳能驱动蒸发器设计策略，在长期海水淡化中具有巨大应用潜力，为高强韧耐久水凝胶界面蒸发器的设计和制备开辟了新的途径。

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