2021年12月，硕士生李聪聪的论文 “Polyelectrolyte-based photothermal hydrogel with low evaporation enthalpy for solar-driven salt-tolerant desalination”发表在Chemical Engineering Journal (2022, 431, 134224)。目前，Chemical Engineering Journal影响因子为13.273。

图1阴离子型聚电解质基光热水凝胶(APH)的太阳能海水蒸发示意图

 太阳能海水淡化技术的关键是开发高性能的光热蒸发材料。然而，长时间蒸发后，光热材料的蒸发面往往会有大量海盐析出，盐层会反射阳光，阻挡蒸汽逸出，降低蒸发速率。为解决这一问题，目前人们开发了多种策略，包括物理去除、加速溶解、装置设计、静电排斥等。其中，在光热材料中引入聚电解质组分，利用其带电基团产生静电排斥作用分离海水中的阴阳离子，从而避免析盐，受到人们的广泛关注。然而，这种光热材料通常采用二元设计，即光热组分和聚电解质组分相互独立，仍存在结构复杂、成分不均匀和吸水能力弱等问题。

图2模拟阳光(1.0 kW m^-2)下NaCl溶液(3.5 wt%)和不同水凝胶样品的平均表面温度(a)、蒸发质量(b)和蒸发率(c)；(d)不同交联剂含量的APH-3的蒸发质量变化

 聚(3,4-亚乙基二氧噻吩：对苯乙烯磺酸钠) (PEDOT:PSS)是一种带负电的聚电解质材料，同时还具有宽光谱光吸收性能，已经广泛应用于光电转换。为解决上面难题，近期东华大学陈志钢和张丽莎教授团队利用PEDOT:PSS兼作聚电解质和光热转换材料，再以聚乙烯醇(PVA)为骨架，制备了一种阴离子型聚电解质光热水凝胶(APH) (图1)。APH具有多孔结构，在380-2500 nm范围内的太阳光吸收效率高达95.5%。被水润湿后，APH中的界面水蒸发焓仅有1624.14 kJ kg^-1，明显低于纯水的蒸发焓(2418.11 kJ kg^-1)，主要是由于PEDOT:PSS中的SO^3-和PVA骨架中大量OH^-能与水分子发生作用，导致中间水/自由水比率高达2.27:1。在模拟太阳光(1.0 kW m^-2)的照射下，APH的蒸发速率高达2.5 kg m^-2 h^-1 (图2)，海水蒸发效率为90.7%。重要的是，APH中的阴离子基团(例如SO^3-)能排斥海水中的阴离子(例如Cl^-)，有效避免了在蒸发界面析盐(图3)，便于长期高效地蒸发海水。

图3在1.0 kW m⁻²光照下，APH-3在3.5 wt% NaCl溶液中蒸发48 h后的照片(a)和蒸发速率(b)

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2021.134224