宾夕法尼亚大学杨澍课题组 AFM：可实现吸湿和水自释放的混合水凝胶除湿剂

2023-12-12 来源：高分子科技

大气中的水是获取淡水和可持续能源的宝贵资源，直接从湿气中收集水是非常具挑战性的。由含盐的水凝胶制成的混合脱湿剂在吸湿方面具有不错的潜力，然而，脱附水的过程往往需要对样品进行加热，因此消耗额外的能量，从而局限了这一技术的发展。

宾夕法尼亚大学杨澍课题组在《Advanced Functional Materials》发表了题为《Moisture Absorbing and Water Self-Releasing from Hybrid Hydrogel Desiccants》的文章。在本文中，研究者们通过紫外光聚合制备了一种聚丙烯酸（PAA）水凝胶，并在其中嵌入了氯化锂。紫外光聚合方法可以简单而快速地制备，并能控制薄膜的几何形状。这种复合水凝胶在室温和相对湿度50-90%的条件下可以实现同时吸湿和自主释放液态水。释放水的过程可以分为两个明确的阶段：1）表面释放：由于在成核和扩散速率上存在差异，水滴会在水凝胶表面生长；2）大批量释放：由聚合物链的堆叠引发了水凝胶网络中水的释放（图1）。

图1. PAA‐LiCl薄膜吸湿和释放的示意图研究者们系统性地研究了盐浓度、水凝胶交联密度和薄膜厚度等因素，以便更好地了解吸湿和释放水的过程。此外，将疏水区域引入嵌入盐的PAA薄膜，产生增强液滴生长速率的边缘效应。当疏水区域被图案化时，释放水的运动可以被引导，在重力作用的加持下，水去除速率与平坦的PAA-LiCl薄膜相比可以增加三倍（图2）。此外，减小薄膜厚度增加了水的吸收，并缩短了到达临界点的时间。

图2. PAA-LiCl薄膜上10分钟内水滴凝聚和生长的光学显微镜图像，包括：（a）原始薄膜和（b）带有随机分布的疏水区域的薄膜。一系列光学照片展示了水凝胶薄膜上的疏水图案可以引导水滴的滑落.，图案包括: (c）随机，(d）平行线，和 (e）树状线。红色箭头表示由图案引导的水滴运动方向。(f）不同图案的薄膜上水滴滑落的起始时间。

这项研究彰显了嵌入盐的水凝胶在不使用外部能源的情况下被动吸湿的潜力。这有助于设计新型混合聚电解质水凝胶并实现低碳高效的除湿。文章第一并列作者是博士生So Hee Nah和博士后Yuchan Lee.

原文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202313881

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（责任编辑：xu）

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