淡水資源短缺問題日益嚴(yán)峻，傳統(tǒng)淡水制備因能源供應(yīng)需求量大、設(shè)備龐大復(fù)雜等問題難以普及。近年來，通過合理設(shè)計的光熱蒸發(fā)器利用綠色、可持續(xù)的太陽能來驅(qū)動豐富的海水資源轉(zhuǎn)變成淡水成為研究熱點。中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所研究員陳濤、副研究員肖鵬前期發(fā)展一系列用于光熱淡水收集的高分子復(fù)合材料（Nano Energy, 2020, 68, 104311; Nano Energy, 2020, 68, 104385; ACS Sustain. Chem. Eng., 2020, 8, 13, 5328; Nano Energy 2019, 60, 841; ACS Appl. Mater. Inter. 2019, 11, 15498; Solar RRL, 2019, 3, 1900004等）。除了海水資源，地球大氣中也存在著水汽資源（約50000km3）。通過材料在空氣中吸濕，在太陽能作用下實施光熱蒸發(fā)，進而實現(xiàn)空氣集水的技術(shù)正在興起。
　　鐵蘭屬植物（Tillandsia Species）是一類附生植物，其生存不依靠根莖從土壤中吸收水分，葉片直接從空氣中吸收水分即能存活。在葉片內(nèi)部滲透壓的作用下，被吸附的水分可從最外組織到內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)定向運輸，最終儲存在葉片內(nèi)部組織系統(tǒng)內(nèi)，實現(xiàn)連續(xù)、快速的水分吸收（圖1）。
　　受此啟發(fā)，研究人員提出一種吸濕型光熱有機凝膠（POG）來實現(xiàn)太陽能驅(qū)動的光熱空氣制水。聚甲基丙烯酸鈉/丙烯酰胺的親水性共聚高分子水凝膠網(wǎng)絡(luò)可以將吸濕性的有機溶劑（甘油）容納其中。類似于鐵蘭植物，POG內(nèi)吸濕性的甘油介質(zhì)在滲透壓的作用下賦予其內(nèi)部快速的水?dāng)U散，通過聚合物鏈溶脹的形式將水儲存在其內(nèi)部，實現(xiàn)POG連續(xù)、快速、高容量的吸濕性能。實驗證明和理論分析，聚合物網(wǎng)絡(luò)上親水性的官能團也能協(xié)同增強POG的吸濕行為。在90％的相對濕度下，該POG在12小時內(nèi)最終展現(xiàn)出6.12kg/m2的吸濕性能和16.01kg/m2的超高平衡水分吸附（圖2-3）。此外，互穿的光熱高分子網(wǎng)絡(luò)聚吡咯-多巴胺（P-Py-DA）賦予POG優(yōu)秀的光熱性能，可以實現(xiàn)可控的太陽能驅(qū)動的界面水分釋放，以獲取被吸附的水分（圖4a-b）。戶外實驗結(jié)果表明，該POG在實際的室外實驗中淡水日產(chǎn)量達到2.43kg/m2，收集到的淡水中的離子濃度的含量符合WHO和EPA的飲用水標(biāo)準(zhǔn)（圖4c-g）。該研究為太陽能光熱空氣集水提供一種新的材料體系，有機凝膠的聚合物骨架和吸濕介質(zhì)的選擇具有高度可設(shè)計性，后期可通過設(shè)計進一步提高其空氣制水性能。
　　相關(guān)研究成果以Tillandsia-inspired Hygroscopic Photothermal Organogels for Efficient Atmospheric Water Harvesting為題，發(fā)表在Angew. Chem. Int. Ed.（DOI:10.1002/anie.202007885）上。該研究得到國家自然科學(xué)基金、中科院前沿科學(xué)重點研究項目、博士后創(chuàng)新人才支持計劃、中國博士后科學(xué)基金及王寬誠國際交叉團隊的資助。
　　圖1.POG仿生策略的設(shè)計
　　圖2.POG的吸濕性能表征
　　圖3.POG的吸濕機理探究
　　圖4.a-b)POG的光熱蒸發(fā)性能；c-g)基于POG獲得純凈水的戶外實驗