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  太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的吸附式空氣取水（SAWH）技術(shù)，作為一種前景廣闊的方法，為解決干旱地區(qū)水資源短缺問(wèn)題提供了有效途徑。其性能的優(yōu)劣主要取決于吸附劑的吸濕能力。高負(fù)載量的鹽基復(fù)合吸附劑在低濕度條件下展現(xiàn)出優(yōu)異的吸濕能力，是目前較為常用的吸濕材料。然而，高鹽含量在長(zhǎng)期吸濕過(guò)程中可能引發(fā)鹽泄漏風(fēng)險(xiǎn)。為應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，一些研究提出了改變吸附劑結(jié)構(gòu)的策略，如采用封裝和夾層結(jié)構(gòu)等。然而，這些方法的制備過(guò)程相對(duì)復(fù)雜，能耗較高，同時(shí)它們還增加了吸濕性鹽與空氣接觸的阻礙，還可能導(dǎo)致吸濕性鹽分散不均和團(tuán)聚現(xiàn)象，進(jìn)而降低吸濕能力和動(dòng)力學(xué)性能。因此，探索一種簡(jiǎn)便的方法，以開(kāi)發(fā)出具有適當(dāng)鹽含量且鹽分布均勻的復(fù)合吸附劑，顯得尤為重要。另一方面，在SAWH過(guò)程中，會(huì)產(chǎn)生大量的額外熱量，包括吸附熱和未充分利用的太陽(yáng)熱能。這些熱量往往被忽視，但考慮到干旱地區(qū)普遍存在的電力短缺問(wèn)題，設(shè)計(jì)一種能夠利用這些熱量進(jìn)行發(fā)電并同時(shí)生產(chǎn)淡水的系統(tǒng)，無(wú)疑具有重要意義。這樣的系統(tǒng)不僅能夠提高能源利用效率，還能為干旱地區(qū)提供可持續(xù)的電力和淡水資源，從而有效應(yīng)對(duì)水資源短缺和能源短缺的雙重挑戰(zhàn)。

  基于此，東華大學(xué)覃小紅教授和張雪萍研究員開(kāi)發(fā)了一種簡(jiǎn)單的集成策略來(lái)合成基于氯化鋰(LiCl)的超吸濕海綿。這一方法摒棄了傳統(tǒng)的浸漬法，轉(zhuǎn)而采用在三聚氰胺海綿上利用多巴胺(DA)聚合過(guò)程固定氯化鋰（簡(jiǎn)稱PMS）的新途徑。通過(guò)多巴胺分子中的-OH和-NH₂基團(tuán)與氯化鋰發(fā)生螯合作用，實(shí)現(xiàn)LiCl在海綿中的均勻穩(wěn)定固定，顯著提升吸濕性能。加入碳納米管(CNTs)后形成的LiCl/PMS/CNTs復(fù)合海綿具有三維多孔結(jié)構(gòu)，吸濕動(dòng)力學(xué)優(yōu)異，在相對(duì)濕度15%、30%和60%下，平衡吸濕量分別為1.26、1.81和3.13 g g^-1。此外，在1.0倍太陽(yáng)輻射的照射下，LiCl/PMS/CNTs復(fù)合海綿能夠在短短70分鐘內(nèi)迅速釋放出其吸附水分的90%。在模擬的干旱環(huán)境（30℃，30%相對(duì)濕度）下，基于LiCl/PMS/CNTs的水收集器實(shí)現(xiàn)了驚人的日產(chǎn)量，達(dá)到了3.47 kg kg^-1 day^-1。為了充分利用吸濕/解吸過(guò)程中產(chǎn)生的低品位熱量，作者成功地將LiCl/PMS/CNTs復(fù)合海綿與熱電模塊相結(jié)合，打造出了一個(gè)兼具淡水生產(chǎn)和電力供應(yīng)功能的雙功能裝置。該裝置在吸濕和解吸過(guò)程中分別展現(xiàn)出了35.4 mW m^-2和454.4 mW m^-2 的最大輸出功率密度，標(biāo)志著在能源和水資源雙重短缺背景下的一種高效且可持續(xù)的解決方案的誕生。該成果以題為“Super Moisture-Sorbent Sponge for Sustainable Atmospheric Water Harvesting and Power Generation”發(fā)表在《Advanced Materials》上，郭瀚宇博士生為第一作者，覃小紅教授、張雪萍研究員為通訊作者。

1.LiCl/PMS/CNTs的制備與表征

圖1. LiCl/PMS/CNTs的制備與表征

2. LiCl/PMS/CNT的吸濕性能

圖2. LiCl/PMS/CNT的吸濕性能

3. LiCl/PMS/CNTs的解吸性能

圖3. LiCl/PMS/CNTs的解吸性能

4. LiCl/PMS/CNTs的大氣集水性能

圖4. LiCl/PMS/CNTs的大氣集水性能

5. 同時(shí)進(jìn)行大氣水收集和發(fā)電

圖5. 同時(shí)進(jìn)行大氣水收集和發(fā)電

  綜上所述，作者開(kāi)創(chuàng)性地提出了一種既簡(jiǎn)潔又高效的集成策略，該策略巧妙地利用了氯化鋰（LiCl）與多巴胺（DA）之間的螯合作用，以及多巴胺在三聚氰胺海綿（MS）基質(zhì)上的同步聚合反應(yīng)，成功制備出了一種氯化鋰分布均勻且結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的鹽基復(fù)合吸附劑。所得到的LiCl/PMS/CNTs海綿，憑借其獨(dú)特的三維互連多孔結(jié)構(gòu)，在相對(duì)濕度（RH）分別為15%、30%和60%的條件下，展現(xiàn)出了卓越的吸濕性能，吸濕率分別高達(dá)1.26、1.81和3.13 g g^-1，特別是在相對(duì)濕度為30%的環(huán)境下，其第一小時(shí)的吸濕速率更是達(dá)到了驚人的1.36 g g^-1 h^-1。此外，LiCl/PMS/CNTs在1.0個(gè)太陽(yáng)光照強(qiáng)度下，僅需70分鐘即可釋放出其吸附水分的90%，這一速度遠(yuǎn)超當(dāng)前已報(bào)道的其他氯化鋰基復(fù)合材料。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202414285