卢宝阳教授团队在《Separation and Purification Technology》期刊发表最新研究成果
近日，课题组在国际高水平期刊《Separation and Purification Technology》（IF=9.136, JCR: Q1区，中科院1区Top）在线发表题为“Design of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate-polyacrylamide dual network hydrogel for long-term stable, highly efficient solar steam generation”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，2019级高分子化学与物理专业吴之心同学和2021级分析化学专业徐新叶同学为共同第一作者，卢宝阳教授为该论文的通讯作者。
开发具有优异综合性能的长期稳定光热材料仍然是太阳能水净化材料走向实际大规模应用的主要障碍之一。在此，卢宝阳团队首次通过一步自由基聚合和丙烯酰胺单体在粘性 PEDOT:PSS 纳米纤维溶液中的化学交联方法，开发出一种PEDOT:PSS-PAAm双网络水凝胶用于长期、高效的太阳能水净化。在此双网络水凝胶中，PEDOT:PSS网络优异的阳光吸收能力可以有效地将能量转化为水汽化的动力，而亲水性PSS和PAAm基质可以有效地进行水吸收并输送到水-空气界面 (图1)。
图1. 用于太阳能水蒸发的PEDOT:PSS-PAAm水凝胶的设计。
PEDOT:PSS- PAAm水凝胶在饱和含水量、溶胀行为方面表现出优异的性能，同时柔软而有弹性的PEDOT:PSS-PAAm水凝胶还具有出色的机械性能，如柔软度（杨氏模量为 38 ~ 86 kPa）、柔韧性和拉伸性（断裂应变> 80%），以及对各种变形的良好机械稳定性（折叠、拉伸、扭曲），保证了其在恶劣的实际应用环境中的潜在用途（图2）。
图2. PEDOT:PSS-PAAm双网络水凝胶的含水量、溶胀行为和机械性能。
我们所获得的PEDOT:PSS-PAAm双网络水凝胶具有独特的优势蒸发性能组合，包括出色的阳光吸收率 (~99.8%)、快速蒸发速率 (2.15 kg m-2 h-1) 和高的能量效率 (~97.2 %)。PEDOT:PSS-PAAm 双网络水凝胶还被证明在真正的水净化应用具有出色的长期稳定性，在模拟海水淡化的30天连续测试中显示出94.8%的平均能量效率（图3）。
图3. 不同 PEDOT:PSS-PAAm 双网络水凝胶的太阳能蒸汽发生性能。
为了利用这些优势性能，我们进一步制造了一种基于PEDOT:PSS-PAAm双网络水凝胶的太阳能蒸汽发生装置用于海水淡化和污水净化。通过PEDOT:PSS-PAAm双网络水凝胶装置的净化后，模拟海水的水质很容易达到标准世界卫生组织和美国环境保护署要求的饮用水质量，工业污水中的代表性金属阳离子（包括Cu2+、Zn2+、Pb2+和Ni2+）的浓度显著下降至1 mg L-1以下（下降范围为2~4个数量级）、有机污染物（包括RB、MB）也被有效消除，这都证实了这种PEDOT:PSS-PAAm双网络水凝胶蒸汽发生器的高效脱盐和污水净化能力（图4）。
图4. 基于 PEDOT:PSS-PAAm 双网络水凝胶的太阳能蒸汽发生装置的设计用于海水淡化/污水净化。
我们通过一种简单的策略来设计 PEDOT:PSS-PAAm双网络水凝胶作为太阳能水蒸发的高性能界面光热材料。这种水凝胶具有优异的光吸收性能（在 250-2500 nm 范围内约为99.8%）、快速的水传输、高的蒸汽产生率（2.15 kg m-2 h-1)、高的能源效率 (97.2%)、良好的机械强度、出色的长期可靠性和稳定性以及户外暴露超过30天的抗盐垢性能。通过制造这种基于水凝胶的蒸汽发生装置，我们进一步证明了其在实际海水淡化和污水净化方面的能力。总体而言，我们的PEDOT:PSS-PAAm双网络水凝胶具有一系列有趣的特性，可被视为迄今为止实用太阳能水净化的最佳候选者之一。我们未来的工作将集中在开发更有效的策略，以合理设计高性能光热转化水凝胶，以实现可扩展的实际海水淡化和纯化。
作者简介
卢宝阳，教授、硕导，山东大学博士、MIT博士后、上海交大访问学者，民革党员，教授，现任柔性电子创新研究院常务副院长、江西省柔性电子重点实验室副主任。主持国家级项目4项，总经费超600万。主要从事柔性电子新材料及加工技术开发，申请专利30余项(已授权13项)。在Nature Communications、Science Advances、Advanced Materials、Chemical Society Reviews等发表SCI论文100余篇，入选中国百篇最具影响国际学术论文1篇，他引4000余次，H因子35；被Nature等媒体报道50余次。入选江西省主要学科学术与技术带头人、省双千计划、省杰青等。
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.seppur.2022.121889
来源：柔性电子创新研究院
声明：仅代表作者个人观点，作者水平有限，如有不科学之处，请在下方留言指正！
撰稿人：徐新叶
校稿人：卢宝阳、赵奇
稿件编辑：田发娟
