江西科技师范大学卢宝阳教授团队《Chem. Eng. J.》：

鲁棒性PEDOT:PSS基水凝胶应用于高效界面太阳能水净化

 近日，课题组在国际高水平期刊Chemical Engineering Journal（IF=13.273，JCR: Q1区，中科院1区Top）在线发表题为“Robust PEDOT:PSS-based hydrogel for highly efficient interfacial solar water purification”的研究论文，课题组2019级分析化学专业硕士生赵奇同学为第一作者，2018级制药工程专业本科生刘聚阳为共同第一作者，卢宝阳教授为该论文的通讯作者。

 利用阳光作为唯一能源的太阳能净水用来净化废水和淡化海水一直受到广泛关注。同时，规模化制造、回收利用和长期稳定运行也为太阳能净水的实际应用奠定了坚实的基础。因此，开发具有宽带光吸收、快速输水、高效水蒸发、稳健力学性能和长期稳定运行的光热材料是太阳能净水的关键。共轭聚合物水凝胶由于其固有的溶胀能力和宽带光吸收性已成为太阳能水净化的高效材料。因此，寻找足以满足大规模实际应用和长期稳定运行的高效界面光热共轭聚合物水凝胶一直是太阳能水净化领域面临的巨大而持续的挑战。

 聚(3,4-乙烯二氧噻吩：对苯乙烯磺酸钠)(PEDOT:PSS)作为一种商业化的水分散体显示出可成为理想界面光热材料的巨大希望。其中PEDOT可以有效吸收阳光，亲水性PSS为水输送提供出色的吸湿性，为水处理提供强大的絮凝作用。在此，卢宝阳团队通过对聚(3,4-乙烯二氧噻吩)：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)纳米纤维和聚乙烯醇(PVA)粘性溶液的简单共混和交联，开发了一种具有优异蒸发性能的机械稳健纳米复合水凝胶（CPH）（图1）。

图1. 微相半分离PEDOT:PSS-PVA水凝胶的设计和制备示意图

 PEDOT:PSS-PVA水凝胶在饱和含水量、溶胀时间和水传输速率方面表现出优异的性能，同时还展现出强大的机械性能。PEDOT:PSS-PVA水凝胶可在500次循环加载/卸载（50%压缩应变）下保持其最大应力97.7%的弹性。同时在持续的太阳照射下，应变达到50%实现在500次拉伸循环下保持相对稳定的机械性能（图2）。

图2 PEDOT:PSS-PVA水凝胶的溶胀和机械性能

 我们所制备的PEDOT:PSS-PVA水凝胶在从紫外、可见光到近红外区域的整个波长范围内表现出宽带光吸收（~99.7%）（图1）。同时在一个标准太阳照射下的水分蒸发测试表明，该水凝胶显示出前所未有的高蒸发速率（~2.84 kg m^-2 h^-1）和高能量效率（~98.0%），以及在60天模拟海水环境的连续测试中具有出色的长期稳定性（图3）。最后为了将这种材料推向实际应用，我们进行了PEDOT:PSS-PVA水凝胶的放大生产，并制造了用于海水淡化和废水净化的太阳能水蒸发器装置。且制成的水蒸发器可以有效净化水，满足世界卫生组织 (WHO)的饮用要求（图4）。

图3. PEDOT:PSS-PVA水凝胶的太阳能净水性能

图4. 用于海水淡化和废水净化的大规模水凝胶生产和应用

 我们制备的 PEDOT:PSS-PVA 水凝胶可增强太阳能水净化中的光捕获、供水、光热转换、机械强度、长期稳定性和耐用性。同时进行水凝胶的扩大生产和太阳能水蒸发器设备的制造，证明这种材料可作为高效海水淡化和直接将废水净化为饮用水的最佳候选材料之一，为太阳能海水净化技术的实际应用打下基础。

通讯作者简介

 卢宝阳，教授、硕导，山东大学博士、麻省理工学院博士后，“江西青年五四奖章”获得者，入选省“双千计划”科技创新高端人才（青年）项目、省主要学科学术与技术带头人培养计划、省杰出青年人才资助计划、省“百人远航工程”。曾荣获第五届中国青少年科技创新奖、全国优秀共青团员、中国大学生自强之星等荣誉。作为骨干成员获省自然科学奖一等奖1项、三等奖1项，省高校科技成果一等奖2项、三等奖1项。主持国基3项。主要致力于柔性（可弯曲、可拉伸、自修复等）功能聚合物和其光电器件研究，及在能源转化（电致变色）、生物电子或环境传感等领域的应用。以第一、共同第一或通讯作者身份发表SCI收录论文70余篇，其中影响因子10以上5篇，影响因子5.0以上31篇，ESI热点论文1篇、高引论文2篇；与他人合作发表SCI收录论文50余篇；申请美国、中国发明专利30余项，授权发明专利10项。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.136284

来源：柔性电子创新研究院

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撰稿人：徐新叶

校稿人：卢宝阳、赵奇

稿件编辑：田发娟