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南京林業(yè)大學(xué)付宇教授團(tuán)隊(duì) ACS Nano：用于集水發(fā)電一體化的仿生雙網(wǎng)絡(luò)納米纖維素-MXene氣凝膠“泵”

2024-01-31 來源：高分子科技

濕度對于人類的生產(chǎn)生活至關(guān)重要，高的濕度會對人類造成一定的負(fù)面影響。大氣水收集（SAWH）技術(shù)是從干燥空氣中提取水最有前景的方法之一，目前傳統(tǒng)的集水除濕材料（包括分子篩、硅膠粒等材料）仍受限于低吸附效率和循環(huán)穩(wěn)定性差等問題。而氣凝膠作為一種多孔材料，其較大的比表面積和三維多孔結(jié)構(gòu)為大氣水收集和除濕提供了獨(dú)特優(yōu)勢。

本研究受樹木定向結(jié)構(gòu)和蒸騰作用的啟發(fā)，充分利用木材納米纖維素的結(jié)構(gòu)優(yōu)勢，采用定向凍干技術(shù)形成具有定向孔結(jié)構(gòu)的納米纖維素-MXene（作為吸收水網(wǎng)絡(luò)）氣凝膠材料，以LiCl作為吸附水網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)大氣水的高效收集。這種獨(dú)特的雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和微觀上的定向結(jié)構(gòu)提升了吸濕材料的水儲存能力和循環(huán)穩(wěn)定性。要點(diǎn)在于:（1）定向孔道結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的“泵”效應(yīng)降低了水分輸送屏障，從而賦予了快速的吸附-脫附能力和（2）“氫鍵網(wǎng)絡(luò)”和“LiCl吸濕網(wǎng)絡(luò)”這種雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)增強(qiáng)了水的捕獲能力。

由于LiCl的良好分散性和高效的定向孔道結(jié)構(gòu)，氣凝膠“泵”在30%、50%、70%和90%的相對濕度下分別表現(xiàn)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過太陽光界面蒸發(fā)的方式重新釋放出來，20次循環(huán)后依舊具有較好的穩(wěn)定性。與4A分子篩和硅膠等商用干燥劑相比，氣凝膠“泵”可以在短短6小時(shí)內(nèi)將容器的相對濕度從80%降低到20%，證實(shí)了其可以作為便攜式除濕劑來使用。

該成果發(fā)表于國際著名期刊ACS Nano上，南京林業(yè)大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院青年教師蔡晨陽為第一作者，材料科學(xué)與工程學(xué)院付宇教授為通訊作者，南京林業(yè)大學(xué)為第一完成單位。該成果得到了國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、江蘇省特聘教授項(xiàng)目，江蘇省自然科學(xué)基金和南京林業(yè)大學(xué)科研啟動基金的資助，感謝審稿人和編輯寶貴的建議。

原文鏈接：

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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（責(zé)任編輯：xu）

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