1. 背景与问题
全球水资源短缺：特别是在干旱地区，水资源短缺问题严重。
传统盐基复合材料：在SAWH中广泛使用，但制备过程复杂，且存在盐泄漏问题。
热量浪费：水收集过程中产生的大量热量常被忽视和浪费。
2. 创新策略
合成稳定超吸湿海绵：通过氯化锂（LiCl）与多巴胺（DA）的螯合，以及多巴胺在三聚氰胺海绵（PMS）上的同时聚合，合成了一种盐基稳定超吸湿海绵（LiCl/PMS/CNTs）。
引入碳纳米管（CNTs）：可能用于增强材料的性能。
3. 实验结果
高吸水性能：在15%和30%的相对湿度（RH）下，吸水能力分别达到1.26和1.81克/克（g/g）。吸水过程中无盐泄漏。
高效水产量：在30%RH的干旱环境中，日水产量达到3.47千克/千克/天（kg/kg/day）。
快速吸水与释水：在30%RH下，第一小时吸水速率达1.36g/g/h；在1倍太阳光照射下，70分钟内可释放90%的吸水。
4. 系统优化
构建双功能系统：将LiCl/PMS/CNTs与热电模块结合，充分利用SAWH过程中产生的热量，实现淡水和电力的同时生产。
热电模块性能：在吸水和脱水过程中，最大输出功率密度分别达到35.4和454.4毫瓦/平方米（mW/m²）。
5. 总结与展望
简单有效的制备方法：通过LiCl与DA的螯合及多巴胺在MS上的同时聚合，制备了盐基复合材料，LiCl分布均匀。
高性能材料：LiCl/PMS/CNTs海绵具有三维互连多孔结构，吸水性能优异，释水速度快。
双功能系统：实现了淡水生产和电力生产的双重功能，为便携式、低成本、高产量的太阳能驱动SAWH系统提供了新的途径。
可持续发展：该工作为实现随时随地可持续的淡水生产和电力供应提供了有前景的方法。
材料准备
材料
三聚氰胺海绵（MS）：来自上海俊华新材料有限公司，厚度为2毫米。
碳纳米管（CNTs）：购自中国科学院成都有机化学有限公司，为单壁碳纳米管，直径1-2纳米，长度5-30纳米，比表面积大于640平方米/克，分散在水中。
氯化锂（LiCl）、无水乙醇和多巴胺盐酸盐（98%）：由阿拉丁试剂有限公司提供。
三（羟甲基）氨基甲烷（Tris-HCl）：由上海泰坦有限公司提供。
所有试剂均直接使用，未进行进一步纯化。
实验中使用去离子水。
制备LiCl/PMS/CNTs
海绵预处理
将MS浸泡在无水乙醇溶液中，使用超声匀浆器（SCIENTZ JY98-IIIDN）超声处理2分钟。
将MS在80℃下干燥2小时。
溶液配制与浸泡
将多巴胺（2毫克/毫升）加入Tris-HCl缓冲溶液（pH=8.5）中，制备混合溶液。
向混合溶液中加入0.5%（重量百分比）的CNTs，并进行超声处理以确保均匀分散。
将预处理后的MS浸泡在上述混合溶液中。
氯化锂溶液的添加与混合
分别制备浓度为6%、8%、10%和12%（重量百分比）的氯化锂溶液。
将一定量的氯化锂颗粒加入上述含有MS的混合溶液中。
振荡与干燥
将混合溶液在35℃的水浴恒温振荡器中振荡和振动8小时。
取出湿润的MS复合物，置于100℃的干燥箱中干燥至恒重。
对照样品的制备
为了对比，还制备了以下样品：
MS浸泡在定量浓度的LiCl溶液中（LiCl/MS）。
MS浸泡在多巴胺/Tris-HCl缓冲溶液（pH=8.5）中（PMS）。
MS浸泡在多巴胺、LiCl/Tris-HCl缓冲溶液（pH=8.5）中（LiCl/PMS）。
MS浸泡在多巴胺、CNTs/Tris-HCl缓冲溶液（pH=8.5）中（PMS/CNTs）。
图解
a) LiCl/PMS/CNTs的合成示意图，b–d) LiCl/PMS/CNTs的扫描电子显微镜（SEM）图像，e) MS、PDA、PMS和LiCl/PMS/CNTs的红外光谱（FTIR），f) LiCl/PMS/CNTs的高分辨率N1s X射线光电子能谱（XPS），g) LiCl/PMS/CNTs的高分辨率O1s XPS谱图
LiCl/PMS/CNT的吸水性能a) 不同氯化锂负载量下LiCl/PMS/CNTs在25°C、85%相对湿度下的吸水率b) LiCl/PMS/CNTs与LiCl/MS在25°C、30%相对湿度下的吸水率c) 使用动态蒸汽吸附仪(DVS)测定的25°C下不同相对湿度下LiCl/PMS/CNTs的动态吸水性能d) LiCl/PMS/CNTs的吸水率变化导数e) 与目前最先进的吸水材料在15%和30%相对湿度下的吸水速率比较f) 不同温度下LiCl/PMS/CNTs的吸水等温线g) 本文材料与先前报道材料的吸水容量比较h) LiCl/PMS/CNTs的循环性能i) LiCl/PMS/CNTs中水滴（白色圆圈）生长、合并和迁移的光学显微镜图像
LiCl/PMS/CNTs的脱水性能a) MS、PMS、LiCl/PMS和LiCl/PMS/CNTs的紫外-可见-近红外光谱b) 在0.6倍、0.8倍和1.0倍太阳光照强度下，原始吸水率为4.5 g g⁻¹的LiCl/PMS/CNTs的表面温度变化c) 不同光照强度下LiCl/PMS/CNTs的红外图像d) 不同光照强度下LiCl/PMS/CNTs的水释放量测量e) LiCl/PMS/CNTs在光驱动水释放过程中的重量变化导数f) 模型展示光驱动蒸汽蒸发过程中LiCl/PMS/CNTs内的液态水传输
LiCl/PMS/CNTs的大气集水（AWH）性能a) 在模拟干旱条件（30°C，30%相对湿度）下24小时内的5个集水循环b) 2023年8月2日中国上海环境相对湿度下，设备在一天内的累计产水量及每个测量周期内的集水量c) 我们的设备与其他工作的产水速率比较d) 收集水样中测得的离子浓度、总有机碳（TOC）和总氮（TN）
同时实现大气集水和发电a) LiCl/PMS/CNTs暴露于环境不同时间后的红外照片b) 集水与发电双功能装置示意图c) 在约20°C、60%相对湿度下，吸水过程中的电量、吸湿剂表面质量和温度变化d) 在1倍太阳光照强度下，脱水过程中的电量、吸湿剂表面质量和温度变化e) I-V曲线及相应的输出功率密度f) 3个循环（30分钟吸水，30分钟脱水）中的输出电压和温度变化
原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202414285
