水资源短缺是全世界所面临的重要难题，全球很多地区和国家都出现了不同程度水资源短缺，严重威胁到了人类的生存和发展。经研究表明，大气中富含水分，然而，人类对大气中水分的利用率仍然非常低。因此，大气集水（AWH）作为一项新的大气水采集技术具有巨大的应用潜力。近年来，一系列具有大比表面积、多孔隙率的聚合物气凝胶被广泛的应用于大气集水领域。其中，吸湿盐与亲水性高分子聚合物相结合的太阳能驱动的大气集水（SAWH）在吸湿和解吸方面具有独特的优势。由于其不受地域限制，以高效和可持续的太阳光能，实现界面水汽蒸发，收集水分。但由于传统吸湿气凝胶不可避免地存在盐分易泄漏、团聚等问题，导致吸附-解吸速率缓慢，而且其内部无序的孔隙结构使得水汽扩散阻力较大，进一步影响水汽蒸发效率。因此，合理设计制备具有良好吸湿-解吸和高机械强度可持续集水的气凝胶非常重要。

  基于此，西北师范大学彭辉、马国富教授团队选择热响应型聚(n-异丙基丙烯酰胺)(PNIPAm)和羟丙基纤维素（HPC）为主要成分，加入经乙醇胺修饰的LiCl（E-LiCl）作为主要的吸湿剂，由于E-LiCl可与PNIPAm/HPC凝胶网络中的O、N形成氢键或化学配位，实现盐离子的锚定，有效防止解吸后盐分易泄漏、团聚等问题。随后在吸湿凝胶表面悬滴聚苯胺（PANI），构建太阳光热转化层，形成太阳能驱动的吸湿凝胶(SMPH)。最后通过定向冷冻和真空干燥，得到具有定向排列大孔结构的吸湿气凝胶（图1）。这种定向排列大孔通道，作为水汽吸附、传递通道，使得吸湿盐E-LiCl稳定高效负载，从而提高水吸附-解吸动力学。 

图2 吸湿气凝胶光学照片和扫描电镜图

图3 吸湿气凝胶结构表征图

图4 吸湿气凝胶吸湿性能图

图5 吸湿气凝胶解吸图

图6 吸湿气凝胶室外集水图

  该成果以“High Solar-Thermal Conversion Aerogel for Efficient Atmospheric Water Harvesting”为题在国际知名期刊Small上发表。本文第一作者为博士生王向兵，通讯作者为彭辉云亭青年教授和马国富教授，通讯单位为西北师范大学生态功能高分子材料教育部重点实验室。

  原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.202307416

团队介绍

彭辉，男，西北师范大学云亭青年教授。主要从事新能源材料、生态功能材料方面的研究工作，包括特殊结构导电聚合物纳米材料、聚合物基低维碳纳米材料、多功能凝胶电解质的制备及新型电化学储能器件的设计和组装研究。迄今，在Nano Energy、Small、Chem. Eng. J.等国际知名期刊发表SCI论文60余篇。近年来，主持国家自然科学基金项目2项，甘肃省杰出青年基金项目1项，甘肃省教育厅产业支撑计划项目1项等。荣获甘肃省自然科学二等奖（2015年）和甘肃省自然科学三等奖（2021年）等。

马国富，男，西北师范大学教授，博士生导师，现任生态功能高分子材料教育部重点实验室副主任。主要从事环境友好功能材料相关研究，包括：生态保持及修复材料、电化学能量转化及储存材料。先后在J. Mater. Chem. A、Small、Chem. Eng. J和ACS Appl. Mater. Interfaces等学术期刊发表SCI收录论文100余篇，获授权发明专利10件；科技成果鉴定、评价4项。主持国家自然科学基金3项，中央引导地方科技发展资金项目1项，甘肃省基础研究创新群体项目1项，甘肃省高校协同创新团队项目1项等。荣获2014年甘肃省高校科技进步一等奖，2015年甘肃省自然科学二等奖，2021年甘肃省自然科学三等奖。2022、2023年入选斯坦福大学发布的材料科学、能源技术全球前2%顶尖科学家终身成就榜单。