目前，全球面临着严峻的淡水资源短缺问题。界面驱动的太阳能蒸发作为一种利用太阳能从海水或污水中产生清洁水的新方法，引起了学术界和工业界的关注。近年来，有报道称水凝胶光热材料可以降低水的蒸发焓，提高水的蒸发速率，这使得水凝胶成为制作太阳能蒸发器的优良材料。目前报道的水凝胶光热蒸发材料往往需要采用冷冻干燥方式提高孔隙率，该方法能耗高、耗时长、且难以大规模制备，严重影响了其实际应用。此外，目前报道的水凝胶光热材料大多基于聚吡咯和聚苯胺等高分子材料，这些材料成本较高，且合成过程繁琐，耗时较长。因此，开发低成本和可大规模制备的水凝胶光热材料具有重要意义。

  南昌大学李越湘教授团队的王振兴副教授受海洋中多孔海绵动物的启发，通过在聚氨酯（PU）海绵表面原位生长黑色水凝胶制备了一种新型太阳能蒸发器。该蒸发器由起支撑作用的海绵骨架和具有光热转换作用的水凝胶皮层组成。水凝胶皮层具有高吸光率并且可以调控厚度来保留海绵的高孔隙率，实现水的快速运输。海绵骨架起到支撑作用，赋予所述水凝胶海绵太阳能蒸发器优异的力学稳定性。该水凝胶蒸发器在一个太阳下可以实现2.8 kg m^-2h^?1高蒸发速率。相关工作以题为“Porifera-inspired cost-effective and scalable “porous hydrogel sponge” for durable and highly efficient solar-driven desalination”发表在《Chemical Engineering Journal》。南昌大学化学学院王振兴副教授为论文第一作者，通讯作者为南昌大学化学学院李越湘教授。

  多孔光热水凝胶海绵制备过程简单温和，无需冷冻干燥过程，仅在5个小时内即可制备完成。与先前报道的聚吡咯（PPy）或填充黑色纳米颗粒的黑色水凝胶不同，原位生成的光热水凝胶由单宁酸（TA）、聚乙烯吡咯烷酮（PVP）和Fe³⁺组成。在该策略中，将浸有PVP和Fe³⁺的混合溶液的PU海绵在空气中干燥，在海绵表面形成薄且均匀的PVP/Fe³⁺涂层。然后将干燥后的海绵浸入到TA溶液中。在此过程中，TA溶液扩散到薄PVP/ Fe³⁺涂层中，TA的酚羟基可分别与Fe³⁺和PVP的–C=O形成强烈的配位效应和氢键相互作用，从而在海绵上生成黑色水凝胶，所得水凝胶的厚度可以有效调控以保留海绵的高孔隙率。（图1和图2）。

图1多孔水凝胶光热海绵的制备示意图

图2 多孔水凝胶海绵的表征

  该水凝胶海绵太阳能蒸发器具有优良的海水淡化性能、脱盐性能。在模拟一个太阳的辐射功率下（1kw m^-2），最大蒸发率可以达到2.8kg m^?2 h^?1，能量利用效率可以达到94%。(图3)此外该水凝胶海绵太阳能蒸发器具有良好的抗盐、抗油污性能和长期稳定性，还具备制备简单、成本低、可拓展性好等优点。（图4和图5）

图3 不同多孔水凝胶海绵的性能

图4 水凝胶海绵的稳定性

图5 水凝胶海绵的大规模制备、性价比和户外性能

  原文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/abs/pii/S138589472102489X