南京林业大学付宇教授团队 ACS Nano：用于集水发电一体化的仿生双网络纳米纤维素-MXene气凝胶“泵”

2024-01-31 来源：高分子科技

湿度对于人类的生产生活至关重要，高的湿度会对人类造成一定的负面影响。大气水收集（SAWH）技术是从干燥空气中提取水最有前景的方法之一，目前传统的集水除湿材料（包括分子筛、硅胶粒等材料）仍受限于低吸附效率和循环稳定性差等问题。而气凝胶作为一种多孔材料，其较大的比表面积和三维多孔结构为大气水收集和除湿提供了独特优势。

本研究受树木定向结构和蒸腾作用的启发，充分利用木材纳米纤维素的结构优势，采用定向冻干技术形成具有定向孔结构的纳米纤维素-MXene（作为吸收水网络）气凝胶材料，以LiCl作为吸附水网络，从而实现大气水的高效收集。这种独特的双网络结构和微观上的定向结构提升了吸湿材料的水储存能力和循环稳定性。要点在于:（1）定向孔道结构产生的“泵”效应降低了水分输送屏障，从而赋予了快速的吸附-脱附能力和（2）“氢键网络”和“LiCl吸湿网络”这种双网络结构增强了水的捕获能力。

由于LiCl的良好分散性和高效的定向孔道结构，气凝胶“泵”在30%、50%、70%和90%的相对湿度下分别表现出1.14 g/g、1.90 g/g、2.65 g/g和3.12 g/g的高吸水能力。并且吸收的水可以通过太阳光界面蒸发的方式重新释放出来，20次循环后依旧具有较好的稳定性。与4A分子筛和硅胶等商用干燥剂相比，气凝胶“泵”可以在短短6小时内将容器的相对湿度从80%降低到20%，证实了其可以作为便携式除湿剂来使用。

该成果发表于国际著名期刊ACS Nano上，南京林业大学材料科学与工程学院青年教师蔡晨阳为第一作者，材料科学与工程学院付宇教授为通讯作者，南京林业大学为第一完成单位。该成果得到了国家自然科学基金项目、江苏省特聘教授项目，江苏省自然科学基金和南京林业大学科研启动基金的资助，感谢审稿人和编辑宝贵的建议。

原文链接：

Biomimetic Dual Absorption–Adsorption Networked MXene Aerogel-Pump for Integrated Water Harvesting and Power Generation System

Chenyang Cai, Yi Chen, Fulin Cheng, Zechang Wei, Wenbin Zhou, and Yu Fu*

https://doi.org/10.1021/acsnano.3c10313

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（责任编辑：xu）

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