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東華大學毛吉富/郭建生 Adv. Sci.：仿生非對稱結構大尺寸柔性聚吡咯膜增強光熱水蒸發

2023-12-09 來源：高分子科技

憑借著優異的光熱轉換性能，聚吡咯（PPy）在太陽能驅動的界面光熱水蒸發（SDIE）領域得到廣泛應用。PPy具有可調控的拓撲結構，通過不同的聚合方法，可以實現如納米顆粒、納米管、納米線和納米片狀PPy的合成。但是由于較差的機械性能，純PPy往往不能直接用于光熱水蒸發，導致其本征光熱性能損失，同時蒸發器的拓撲結構與光熱水蒸發性能之間的構效關系仍缺乏深入研究。

近期，東華大學毛吉富研究員和郭建生教授團隊通過模板輔助界面聚合（TIP）法制備了柔韌的非對稱結構PPy-A膜，可直接作為光熱蒸發器。PPy-A膜表現出出色的機械柔韌性和可加工性，適用于不同模式下的SDIE。受無籽蓮蓬表面形態的啟發，精心設計了PPy-A膜的上表面，形成了獨特的大/微孔囊泡結構。通過與不同拓撲結構（納米線、平面）PPy膜的對比研究，發現這種新型的囊泡結構使得光線可以在開放的囊泡腔內外發生多次反射，增強了光吸收，在全光譜范圍內表現出96.3%的光吸收率，并且在不同的光入射角下展示了穩定的光熱轉換性能。PPy-A膜的親水性和豐富的毛細通道促進了水的自發供應，保證了持續的光熱水蒸發。而另一方面，PPy-A膜的多級結構使得吸收的水以團簇形式蒸發，降低了蒸發焓。受益于這些出色的特性，PPy-A膜在1太陽下實現了2.03 kg m^-2 h^-1的水蒸發速率，并在海水淡化中表現出良好的穩定性。這項工作為純聚合物膜在SDIE中的應用提供了經驗，揭示了蒸發器結構和性能之間的聯系，為光熱蒸發器的設計提供了有價值的見解。

圖1 以無籽蓮莢為靈感的PPy-A膜示意圖。PPy-A膜具有多級結構，可增強光捕獲和降低水的蒸發焓，實現高效光熱水蒸發

圖2 PPy-A膜的制備及基本性能表征

圖3 PPy-A膜的光熱性能表征

圖4 PPy-A膜的光熱水蒸發性能表征

此項研究成果以“Bioinspired Asymmetric Polypyrrole Membranes with Enhanced Photothermal Conversion for Highly Efficient Solar Evaporation”為題發表于國際著名期刊Advanced Science（中科院JCR 1區，影響因子：15.1）。東華大學博士生高燦、李沂蒙、藍麗珍為該論文的共同第一作者；東華大學毛吉富研究員和郭建生教授為共同通訊作者。該工作受到中央高�；A科研經費、上海市自然科學基金等項目的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/advs.202306833

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（責任編輯：xu）

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