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東華大學(xué)毛吉富/郭建生 Adv. Sci.：仿生非對(duì)稱結(jié)構(gòu)大尺寸柔性聚吡咯膜增強(qiáng)光熱水蒸發(fā)
2023-12-09  來(lái)源：高分子科技

  憑借著優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換性能，聚吡咯（PPy）在太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的界面光熱水蒸發(fā)（SDIE）領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。PPy具有可調(diào)控的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，通過(guò)不同的聚合方法，可以實(shí)現(xiàn)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(jī)械性能，純PPy往往不能直接用于光熱水蒸發(fā)，導(dǎo)致其本征光熱性能損失，同時(shí)蒸發(fā)器的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)與光熱水蒸發(fā)性能之間的構(gòu)效關(guān)系仍缺乏深入研究。


  近期，東華大學(xué)毛吉富研究員和郭建生教授團(tuán)隊(duì)通過(guò)模板輔助界面聚合（TIP）法制備了柔韌的非對(duì)稱結(jié)構(gòu)PPy-A膜，可直接作為光熱蒸發(fā)器。PPy-A膜表現(xiàn)出出色的機(jī)械柔韌性和可加工性，適用于不同模式下的SDIE。受無(wú)籽蓮蓬表面形態(tài)的啟發(fā)，精心設(shè)計(jì)了PPy-A膜的上表面，形成了獨(dú)特的大/微孔囊泡結(jié)構(gòu)。通過(guò)與不同拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)（納米線、平面）PPy膜的對(duì)比研究，發(fā)現(xiàn)這種新型的囊泡結(jié)構(gòu)使得光線可以在開放的囊泡腔內(nèi)外發(fā)生多次反射，增強(qiáng)了光吸收，在全光譜范圍內(nèi)表現(xiàn)出96.3%的光吸收率，并且在不同的光入射角下展示了穩(wěn)定的光熱轉(zhuǎn)換性能。PPy-A膜的親水性和豐富的毛細(xì)通道促進(jìn)了水的自發(fā)供應(yīng)，保證了持續(xù)的光熱水蒸發(fā)。而另一方面，PPy-A膜的多級(jí)結(jié)構(gòu)使得吸收的水以團(tuán)簇形式蒸發(fā)，降低了蒸發(fā)焓。受益于這些出色的特性，PPy-A膜在1太陽(yáng)下實(shí)現(xiàn)了2.03 kg m-2 h-1的水蒸發(fā)速率，并在海水淡化中表現(xiàn)出良好的穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作為純聚合物膜在SDIE中的應(yīng)用提供了經(jīng)驗(yàn)，揭示了蒸發(fā)器結(jié)構(gòu)和性能之間的聯(lián)系，為光熱蒸發(fā)器的設(shè)計(jì)提供了有價(jià)值的見解。 


圖1 以無(wú)籽蓮莢為靈感的PPy-A膜示意圖。PPy-A膜具有多級(jí)結(jié)構(gòu)，可增強(qiáng)光捕獲和降低水的蒸發(fā)焓，實(shí)現(xiàn)高效光熱水蒸發(fā)


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(fā)性能表征


  此項(xiàng)研究成果以“Bioinspired Asymmetric Polypyrrole Membranes with Enhanced Photothermal Conversion for Highly Efficient Solar Evaporation”為題發(fā)表于國(guó)際著名期刊Advanced Science（中科院JCR 1區(qū)，影響因子：15.1）。東華大學(xué)博士生高燦、李沂蒙、藍(lán)麗珍為該論文的共同第一作者；東華大學(xué)毛吉富研究員和郭建生教授為共同通訊作者。該工作受到中央高校基礎(chǔ)科研經(jīng)費(fèi)、上海市自然科學(xué)基金等項(xiàng)目的支持。


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

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