华侨大学付明来、吉林建筑大学苑宝玲团队Angew：MoS2基水凝胶增强太阳能光热蒸发实现海水淡化

海水淡化作为淡水资源的替代与增量技术，愈来愈受到世界上许多国家的重视。界面光蒸汽转化（Solar steam generation）是近年来发展起来的新型光热转化技术，其借助微纳结构材料设计及光学、热学有效调控，充分吸收太阳能并将能量转化局域到气-液界面，从而使得光-蒸汽能量转化效率得到有效提高。目前，对界面光蒸汽转化技术的研究大都聚焦在如何提高其海水淡化产率。现有界面光蒸发材料运用于实际海水环境时，往往由于盐析出导致堵塞孔洞，严重影响其持续的蒸发效率。已有的研究通常会以牺牲其高效海水淡化产率为代价以实现器件在实际海水环境应用中抗结盐的稳定性和持久性。此外，现有的界面光蒸发材料还普遍存在着材料机械性能差、原材料不易获得、制备成本高以及材料对环境不友好等问题。

鉴于此，华侨大学土木工程学院付明来研究员和吉林建筑大学苑宝玲教授课题组提出采用亲水性聚丙烯酰胺为骨架、低带隙的商业MoS₂为太阳能吸收材料，通过发泡交联聚合的方法，成功制备了一种具有优异机械稳定性和耐盐性的海绵状硫化钼基多孔水凝胶（SMoS₂-PH）（图1）。在一个太阳光下，其获得了3.297 kg m^-2 h^-1的高蒸发率以及93.4%的优异光热转换效率。

图1. SMoS₂-PH的制备流程

测试结果表明，SMoS₂-PH具有良好的机械性能，在最大应变为50%的条件下，通过1000次的循环压缩，其应力-应变曲线没有明显变化，凝胶的应力仅仅减少了6.6%；SMoS₂-PH在全光谱范围内具有81.90%的光吸收率（图2）。对SMoS₂-PH进行厚度调控时发现，不同厚度下的水蒸发率均超过理论极限值（1.47 kg m^-2 h^-1），所以从能量流上探究了SMoS₂-PH的热增益和热损失，通过理论计算其热增益可以达到10.47%，而热损失仅有6.34%，说明SMoS₂-PH不仅具有较低的水蒸发焓还可以显著从外界环境中获取能量（图3）。

图2. SMoS₂-PH的表征结果以及物理特性

图3. SMoS₂-PH的性能调控

本研究还通过调控发泡剂的量，制备了含不同孔隙率的SMoS₂-PH，以探究孔隙率对水蒸发效率的影响。利用BET和压汞法测试不同SMoS₂-PH样品全孔孔隙率，研究表明，随着发泡剂量的增加，其孔隙率和水蒸发率随之增加。然而，当进一步增加发泡剂的量时，SMoS₂-PH的骨架结构会变得十分柔软，导致无法准确测量孔隙率，同时水蒸发率也随之降低（图4）。研究表明，孔隙率为92.63%时的SMoS₂-PH具有最大的水蒸发性能（3.297 kg m^-2 h^-1）。

图4. SMoS₂-PH的孔隙率对水蒸发性能的影响

本研究开发的凝胶材料其光热性能是MoS₂基光热材料在界面光蒸汽转换效率的突破。同时，研究还发现，在长期实验中太阳能驱动的光热性能稳定，在SMoS₂-PH表面没有盐堆积。因此，优异的耐盐性、高效光热转换性能、简洁的制备方法以及商业二硫化钼材料的易获性表明，SMoS₂-PH凝胶材料有望成为一种可行的海水淡化装置。

本文发表于Angew. Chem. Int. Ed.，第一作者是华侨大学2020级硕士研究生刘攀，华侨大学付明来研究员和吉林建筑大学苑宝玲教授为本文共同通讯作者。

原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：

Enhanced Solar Evaporation Using a Scalable MoS₂-Based Hydrogel for Highly Efficient Solar Desalination

Pan Liu, Yi-bo Hu, Xiao-Ying Li, Lei Xu, Chen Chen, Baoling Yuan* and Ming-Lai Fu*

Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202208587

第一作者信息

刘攀，硕士研究生，现就读于华侨大学土木工程学院，研究方向为金属硫化物在光热海水淡化中的应用研究。目前已在Desalination和Angewandte Chemie International Edition期刊上发表论文2篇。

邮箱：1439976039@qq.com。

通讯作者信息

付明来，博士、研究员、博士生导师。主要研究领域为环境功能纳米材料在环境水污染治理中的应用以及固体废弃物的资源化利用。已培养硕博士生16名，已发表包括Angew. Chem. Int. Ed.，Applied Catalysis B: Environmental 在内的SCI论文130余篇，总引用次数3900多次，H-index因子为37，获授权发明专利16项。现担任Journal of Colloid & Interface Science杂志Advisory Board Member, 国际水协会（IWA）饮用水中金属及相关物质特别组（Specialist Group Metals and Related Substances in Drinking Water）管理委员会的委员，是厦门金砖会议环境质量保障固体废物方面安全保障专家，先后主持和参加国家自然科学基金面上项目（主持4项）、国家高技术研究发展计划（863计划）子课题等多项国家、地方和企业项目。曾获福建省科技进步二等奖2项，三等奖1项，2012年获厦门市杰出青年科技项目资助，2014年获厦门市第六批“双百计划”海外高层次人才资助。2018年获福建省科技创新领军人才资助。

邮箱：mlfu@iue.ac.cn; mlfu@hqu.edu.cn。

苑宝玲，博士，国家级高层次人才，特聘教授，博士生导师。主要从事饮用水水质安全保障和水污染控制与再生利用的基础研究和应用技术开发，已先后主持了国家自然科学基金、教育部新世纪优秀人才基金等科研项目30余项。主持国家自然科学基金4项，省部级产学合作重大项目，省国际合作重点项目、省市各类项目和企业委托项目等80余项，获省市科技进步二等奖5项，三等奖2项。已在国内外期刊上发表研究论文200篇，申请专利50余项，授权发明专利18项，出版中英文著作4本，主/参编地方标准/导则/指南4项。

邮箱：yuanbl@hotmail.com。