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100%選擇性丨曲良體&袁家寅&程虎虎Nature Water：多功能太陽能集水器

來源：時間：2023-11-09 09:51:28 瀏覽：1935次

第一作者：Xuanzhang Hao

通訊作者：曲良體教授、程虎虎助理研究員、袁家寅教授

通訊單位：清華大學、斯德哥爾摩大學

DOI: https://doi.org/10.1038/s44221-023-00152-y

研究背景

清潔水的短缺在世界范圍內持續增長，最近的太陽能界面系統已經成為一種可持續、高效和CO₂中性的生產清潔水的方法。然而，地表水中復雜的污染物伴隨著環境污染，通過以前的策略收集清潔水出現了巨大的障礙?；诖?，清華大學曲良體教授和程虎虎助理研究員、瑞典斯德哥爾摩大學袁家寅教授等人報道了一種太陽能石墨烯/海藻酸鹽水凝膠（graphene/alginate hydrogel, GAH）為基礎的清潔水萃取器，能夠抵抗復雜污染物的輸送并具有超強的防污能力。將GAH與高密度內部結構設計和仿生表面工程結合，在太陽能純水提取中表現出高選擇性，對含有復雜污染物的地表水具有多重有效的防污能力。

文章要點

1、對揮發性有機化合物（VOCs）的高選擇性水傳輸源于缺乏大量本體水，以及水和污染物分子通過與GAH中的聚合物網絡形成足夠的氫鍵以結合狀態傳輸的不同能力。通過在GAH和受污染的地表水之間建立高滲透壓差來實現離子的排斥，在魚鱗型石墨烯微納米結構表面上，入射光的結構捕獲增強了太陽能熱轉換能力，基于親水微納結構誘導Cassie接觸的超疏油功能實現了水下防油污功能，暴露的還原氧化石墨烯（rGO）納米片獲得了表面抗生作用。

2、該GAH通過排斥超過99.5%的VOCs，99.3%的離子（Na⁺、Mg²⁺、K⁺和Ca²⁺）和100%的NOCs和細菌，從受污染的地表水中獲得清潔水。此外，GAH的浸沒油接觸角超過140°，具有抗油附著力，對海水的表面抗菌效果接近100%，離子截留率為94.9%，在復雜條件下具有理想的防污能力，遠遠超過已報道的結果。本研究對于推廣太陽能清潔集水技術，解決水環境污染問題具有重要價值。

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