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  太陽能驅動的吸附式空氣取水（SAWH）技術，作為一種前景廣闊的方法，為解決干旱地區(qū)水資源短缺問題提供了有效途徑。其性能的優(yōu)劣主要取決于吸附劑的吸濕能力。高負載量的鹽基復合吸附劑在低濕度條件下展現出優(yōu)異的吸濕能力，是目前較為常用的吸濕材料。然而，高鹽含量在長期吸濕過程中可能引發(fā)鹽泄漏風險。為應對這一挑戰(zhàn)，一些研究提出了改變吸附劑結構的策略，如采用封裝和夾層結構等。然而，這些方法的制備過程相對復雜，能耗較高，同時它們還增加了吸濕性鹽與空氣接觸的阻礙，還可能導致吸濕性鹽分散不均和團聚現象，進而降低吸濕能力和動力學性能。因此，探索一種簡便的方法，以開發(fā)出具有適當鹽含量且鹽分布均勻的復合吸附劑，顯得尤為重要。另一方面，在SAWH過程中，會產生大量的額外熱量，包括吸附熱和未充分利用的太陽熱能。這些熱量往往被忽視，但考慮到干旱地區(qū)普遍存在的電力短缺問題，設計一種能夠利用這些熱量進行發(fā)電并同時生產淡水的系統(tǒng)，無疑具有重要意義。這樣的系統(tǒng)不僅能夠提高能源利用效率，還能為干旱地區(qū)提供可持續(xù)的電力和淡水資源，從而有效應對水資源短缺和能源短缺的雙重挑戰(zhàn)。

  基于此，東華大學覃小紅教授和張雪萍研究員開發(fā)了一種簡單的集成策略來合成基于氯化鋰(LiCl)的超吸濕海綿。這一方法摒棄了傳統(tǒng)的浸漬法，轉而采用在三聚氰胺海綿上利用多巴胺(DA)聚合過程固定氯化鋰（簡稱PMS）的新途徑。通過多巴胺分子中的-OH和-NH₂基團與氯化鋰發(fā)生螯合作用，實現LiCl在海綿中的均勻穩(wěn)定固定，顯著提升吸濕性能。加入碳納米管(CNTs)后形成的LiCl/PMS/CNTs復合海綿具有三維多孔結構，吸濕動力學優(yōu)異，在相對濕度15%、30%和60%下，平衡吸濕量分別為1.26、1.81和3.13 g g^-1。此外，在1.0倍太陽輻射的照射下，LiCl/PMS/CNTs復合海綿能夠在短短70分鐘內迅速釋放出其吸附水分的90%。在模擬的干旱環(huán)境（30℃，30%相對濕度）下，基于LiCl/PMS/CNTs的水收集器實現了驚人的日產量，達到了3.47 kg kg^-1 day^-1。為了充分利用吸濕/解吸過程中產生的低品位熱量，作者成功地將LiCl/PMS/CNTs復合海綿與熱電模塊相結合，打造出了一個兼具淡水生產和電力供應功能的雙功能裝置。該裝置在吸濕和解吸過程中分別展現出了35.4 mW m^-2和454.4 mW m^-2 的最大輸出功率密度，標志著在能源和水資源雙重短缺背景下的一種高效且可持續(xù)的解決方案的誕生。該成果以題為“Super Moisture-Sorbent Sponge for Sustainable Atmospheric Water Harvesting and Power Generation”發(fā)表在《Advanced Materials》上，郭瀚宇博士生為第一作者，覃小紅教授、張雪萍研究員為通訊作者。

1.LiCl/PMS/CNTs的制備與表征

圖1. LiCl/PMS/CNTs的制備與表征

2. LiCl/PMS/CNT的吸濕性能

圖2. LiCl/PMS/CNT的吸濕性能

3. LiCl/PMS/CNTs的解吸性能

圖3. LiCl/PMS/CNTs的解吸性能

4. LiCl/PMS/CNTs的大氣集水性能

圖4. LiCl/PMS/CNTs的大氣集水性能

5. 同時進行大氣水收集和發(fā)電

圖5. 同時進行大氣水收集和發(fā)電

  綜上所述，作者開創(chuàng)性地提出了一種既簡潔又高效的集成策略，該策略巧妙地利用了氯化鋰（LiCl）與多巴胺（DA）之間的螯合作用，以及多巴胺在三聚氰胺海綿（MS）基質上的同步聚合反應，成功制備出了一種氯化鋰分布均勻且結構穩(wěn)定的鹽基復合吸附劑。所得到的LiCl/PMS/CNTs海綿，憑借其獨特的三維互連多孔結構，在相對濕度（RH）分別為15%、30%和60%的條件下，展現出了卓越的吸濕性能，吸濕率分別高達1.26、1.81和3.13 g g^-1，特別是在相對濕度為30%的環(huán)境下，其第一小時的吸濕速率更是達到了驚人的1.36 g g^-1 h^-1。此外，LiCl/PMS/CNTs在1.0個太陽光照強度下，僅需70分鐘即可釋放出其吸附水分的90%，這一速度遠超當前已報道的其他氯化鋰基復合材料。

  全文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202414285