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100%选择性丨曲良体&袁家寅&程虎虎Nature Water：多功能太阳能集水器

来源：时间：2023-11-09 09:51:28 浏览：761次

第一作者：Xuanzhang Hao

通讯作者：曲良体教授、程虎虎助理研究员、袁家寅教授

通讯单位：清华大学、斯德哥尔摩大学

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

研究背景

清洁水的短缺在世界范围内持续增长，最近的太阳能界面系统已经成为一种可持续、高效和CO₂中性的生产清洁水的方法。然而，地表水中复杂的污染物伴随着环境污染，通过以前的策略收集清洁水出现了巨大的障碍。基于此，清华大学曲良体教授和程虎虎助理研究员、瑞典斯德哥尔摩大学袁家寅教授等人报道了一种太阳能石墨烯/海藻酸盐水凝胶（graphene/alginate hydrogel, GAH）为基础的清洁水萃取器，能够抵抗复杂污染物的输送并具有超强的防污能力。将GAH与高密度内部结构设计和仿生表面工程结合，在太阳能纯水提取中表现出高选择性，对含有复杂污染物的地表水具有多重有效的防污能力。

文章要点

1、对挥发性有机化合物（VOCs）的高选择性水传输源于缺乏大量本体水，以及水和污染物分子通过与GAH中的聚合物网络形成足够的氢键以结合状态传输的不同能力。通过在GAH和受污染的地表水之间建立高渗透压差来实现离子的排斥，在鱼鳞型石墨烯微纳米结构表面上，入射光的结构捕获增强了太阳能热转换能力，基于亲水微纳结构诱导Cassie接触的超疏油功能实现了水下防油污功能，暴露的还原氧化石墨烯（rGO）纳米片获得了表面抗生作用。

2、该GAH通过排斥超过99.5%的VOCs，99.3%的离子（Na⁺、Mg²⁺、K⁺和Ca²⁺）和100%的NOCs和细菌，从受污染的地表水中获得清洁水。此外，GAH的浸没油接触角超过140°，具有抗油附着力，对海水的表面抗菌效果接近100%，离子截留率为94.9%，在复杂条件下具有理想的防污能力，远远超过已报道的结果。本研究对于推广太阳能清洁集水技术，解决水环境污染问题具有重要价值。

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