东华大学毛吉富/郭建生 Adv. Sci.：仿生非对称结构大尺寸柔性聚吡咯膜增强光热水蒸发

2023-12-09 来源：高分子科技

凭借着优异的光热转换性能，聚吡咯（PPy）在太阳能驱动的界面光热水蒸发（SDIE）领域得到广泛应用。PPy具有可调控的拓扑结构，通过不同的聚合方法，可以实现如纳米颗粒、纳米管、纳米线和纳米片状PPy的合成。但是由于较差的机械性能，纯PPy往往不能直接用于光热水蒸发，导致其本征光热性能损失，同时蒸发器的拓扑结构与光热水蒸发性能之间的构效关系仍缺乏深入研究。

近期，东华大学毛吉富研究员和郭建生教授团队通过模板辅助界面聚合（TIP）法制备了柔韧的非对称结构PPy-A膜，可直接作为光热蒸发器。PPy-A膜表现出出色的机械柔韧性和可加工性，适用于不同模式下的SDIE。受无籽莲蓬表面形态的启发，精心设计了PPy-A膜的上表面，形成了独特的大/微孔囊泡结构。通过与不同拓扑结构（纳米线、平面）PPy膜的对比研究，发现这种新型的囊泡结构使得光线可以在开放的囊泡腔内外发生多次反射，增强了光吸收，在全光谱范围内表现出96.3%的光吸收率，并且在不同的光入射角下展示了稳定的光热转换性能。PPy-A膜的亲水性和丰富的毛细通道促进了水的自发供应，保证了持续的光热水蒸发。而另一方面，PPy-A膜的多级结构使得吸收的水以团簇形式蒸发，降低了蒸发焓。受益于这些出色的特性，PPy-A膜在1太阳下实现了2.03 kg m^-2 h^-1的水蒸发速率，并在海水淡化中表现出良好的稳定性。这项工作为纯聚合物膜在SDIE中的应用提供了经验，揭示了蒸发器结构和性能之间的联系，为光热蒸发器的设计提供了有价值的见解。

图1 以无籽莲荚为灵感的PPy-A膜示意图。PPy-A膜具有多级结构，可增强光捕获和降低水的蒸发焓，实现高效光热水蒸发

图2 PPy-A膜的制备及基本性能表征

图3 PPy-A膜的光热性能表征

图4 PPy-A膜的光热水蒸发性能表征

此项研究成果以“Bioinspired Asymmetric Polypyrrole Membranes with Enhanced Photothermal Conversion for Highly Efficient Solar Evaporation”为题发表于国际著名期刊Advanced Science（中科院JCR 1区，影响因子：15.1）。东华大学博士生高灿、李沂蒙、蓝丽珍为该论文的共同第一作者；东华大学毛吉富研究员和郭建生教授为共同通讯作者。该工作受到中央高校基础科研经费、上海市自然科学基金等项目的支持。

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202306833

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（责任编辑：xu）

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