易游米乐yy:南京林业大学陆依AFM：新式太阳能驱动大气水搜集资料完成高效低能耗水开释

来源：易游米乐yy    发布时间：2025-09-17 14:51:23

 yy易游app下载:

	  全球淡水缺少是21世纪最急迫的应战之一，尤其是在干旱和半干旱区域。传统的水资源供给方法如海水淡化和废水收回受限于高能耗和资源依靠，难以大规模推行。大气水搜集（AWH）技能作为一种涣散式、地址无关的解决方案，可以直接从空气中提取水蒸气，但其开展仍面对吸附剂在高吸湿量、快速解吸与低能耗再生之间难以统筹的难题。


	  近来，南京林业大学陆依副教授提出了一种多标准复合资料，经过协同笔直摆放的脱木本质木材（DW）微通道、微孔MOF-801域和热呼应性PNIPAM-MXene界面，完成了高效的大气水搜集与低能耗开释。该资料在湿度条件下吸水率达0.82 g/g，并在模仿太阳光下开释约93.9%的吸附水，分子模仿进一步证明了其经过损坏氢键促进水开释的机制。相关论文以“”为题，宣布在Advanced Functional Materials上，论文榜首作者为Liang Jiawei。


	  图1. 大气水搜集器（DWM-PM）体系的概念规划。a) DWM-PM在吸附-解吸进程中的作业原理图。b) 大气水搜集设备可在夜间吸水并在白日阳光下解吸。


	  研讨团队首要经过化学处理制备了笔直摆放的脱木本质木材微通道，成功去除了木质素，增强了亲水性，为MOF-801的限域成长供给了抱负基底。FTIR和XRD剖析证明了木质素的有用去除和MOF-801的成功组成，氮气吸附-脱附测验显现其比外表积从1.5 m²/g显着提升至234.2 m²/g。SEM和EDS图画显现MOF纳米颗粒均匀散布在木材通道内，Zr元素散布均匀。随后，经过将MXene纳米片与PNIPAM结合，构建了具有光热呼应和动态潮湿性调控功用的界面层，XPS剖析验证了PNIPAM-MXene的成功拼装。


	  该复合资料在80%相对湿度下到达0.82 g/g的吸水率，显着高于未润饰样品。吸附动力学契合Fickian分散模型，分散系数随湿度升高而添加。在解吸进程中，PNIPAM-MXene界面在光照下产生亲水-疏水改变，接触角从38°升至95°，显着下降了水解吸的活化能（下降约19%），并在1小时内完成94.4%的解吸功率。循环测验标明资料具有杰出的稳定性，10次循环后仍坚持96%的初始吸附容量。


	  图4. 复合资料的水蒸气吸附、动力学与循环稳定性评价。a) 不同MOF-801前驱体条件下DWM的功能研讨。b) 在24°C、80% RH（吸附）和20% RH（解吸）下的时刻-吸水量与解吸曲线。c) 阿伦尼乌斯曲线核算表观活化能（Eₐ），证明DWM-PM解吸能垒下降。d) 不同RH条件下的动力学吸附曲线。e) Mₜ/Mₑ与t¹/²联系图展现Fickian分散行为及提取的分散系数。f) 接连吸附-解吸循环显现杰出的长时刻稳定性。g) 温度依靠性接触角丈量显现PNIPAM在LCST邻近诱导的亲水-疏水改变。h) 本研讨DWM-PM复合资料（赤色星号）与文献中代表性AWH体系在不同RH下的吸水功能比照。


	  在光热功能方面，DWM-PM在1太阳光照射下外表温度敏捷升至68°C，光热转化功率达96.1%，远高于比照样品。温度上升触发PNIPAM相变，促进水分子从MOF微孔中开释。时刻分辩质谱剖析显现，水解吸速率与光照强度正相关，进一步证明了光热-热呼应协同机制的有用性。


	  图5. 光热行为与太阳能触发的水开释功能。a) NBW、DW、DWM-M和DWM-PM在1太阳光下120分钟内的红外热成像温度比照。b) DWM-PM外表温度时空散布的3D可视化图。c) 模仿阳光下DWM-PM的太阳能驱动水开释暗示图。d) UV-Vis-NIR吸收光谱显现PNIPAM-MXene接口的宽谱光捕获才能。e) DWM、DWM-M和DWM-PM的水解吸功率与光热转化功率（PCE）改变曲线。f) 不同光照强度下的质量改变与水开释速率曲线。g) 不同太阳辐射强度下DWM-PM的外表温度曲线。h) 与代表性MOF基资料的太阳能驱动水开释功能比照。


	  分子动力学模仿从原子层面提醒了水开释机制：在DWM-PM体系中，PNIPAM的相变动态损坏水分子与资料间的氢键网络，使水分子分散系数进步约16.5倍，然后明显加快水解吸进程。这一机制与试验观察到的活化能下降和高解吸功率高度一致。


	  图6. 分子动力学模仿提醒分层复合资料中的水开释机制。a) DWM中水分子散布快照显现MOF微孔和纤维素界面由氢键锚定的密布水合网络，1000 ps内仅中等数量水分子开释（Loos = 234）。b) DWM-PM中PNIPAM-MXene接口在加热后触发熵驱动的线圈-球状改变，动态损坏界面氢键并自动排出结合水，导致开释分子数添加约1.5倍（1000 ps时Loos = 359）。底部暗示图为体系组分的原子模型。c) DWM和DWM-PM体系中约束水分子的均方位移（MSD）随时刻改变曲线。d) DWM和DWM-PM的水分子逃逸曲线。


	  最终，团队构建了双室原型机进行实地测验，模仿“夜间吸附-白日解吸”的天然循环。在天然光照下，资料外表温度超越68°C，成功触发水开释并在冷凝外表搜集液态水。在7天的野外测验中，晴天均匀搜集水量为0.32 g/g，较阴天进步88.4%，展现出杰出的环境适应性和实践使用潜力。


	  图7. 野外演示与太阳能驱动大气水搜集的实践评价。a) 装载DWM-PM的可调式原型搜集器相片。b) 在南京林业大学校园进行的24小时野外试验暗示图与试验 setup。c) 环境和温度、相对湿度和太阳辐射通量的实时监测。d) 太阳能驱动解吸进程中搜集器内外表水雾构成与液滴 coalescence 的视觉盯梢。e) 不同模仿太阳强度下吸附、解吸和搜集水的质量。f) DWM-PM在7个循环中的野外集水功能。


	  该研讨经过多标准结构规划与界面协同，成功克服了大气水搜集资料在吸附容量与再生能耗之间的传统对立，为干旱区域供给了可继续、低能耗的淡水解决方案，具有广泛的推行使用远景。