【研究背景】
清洁水资源对人类健康和经济发展的重要性不容忽视。提供一种完全被动的全天淡水采集方式是一项重大挑战。在此，我们提出了一种通过独立的Janus薄膜被动收集全天淡水的策略，该薄膜结合了白天太阳能驱动的界面脱盐和夜间被动辐射冷却驱动的露水生成。具体而言，该策略的核心是一种新型的生物基苯并恶嗪，其在大气窗口中具有高红外发射率，所得固化的黑色独立薄膜在整个太阳照射波长范围内具有稳定的高吸光性。由Janus薄膜制成的自制装置在1个阳光照射下淡化海水时，可饮用淡水收集效率为90.9%，夜间露水收集率为68.36 g m−2 day−1。此外，该薄膜具有优异的抗菌效果，保证了集水质量，延长了使用寿命。结合生物基原材料的优势、简单的制造工艺和薄膜的可扩展性，全天淡水收集系统为缓解许多干旱地区、岛屿甚至海上航行的船只的淡水短缺提供了一种有前景的解决方案。
目前，该文以“All-day freshwater harvesting enabled by designing benzoxazine molecule with intrinsic photothermal conversion and radiation cooling ability”为题在《Chemical Engineering Journal》上发表。文章通讯作者为宁波诺丁汉大学李达三首席教授益小苏。
【文章解读】
图1. 材料的制备流程
图2. 材料的结构表征
图3. 材料的界面蒸发性能
图4. 材料的户外水收集和抗菌性能
【文章总结】
总的来说，该文设计了一种具有固有光热和辐射冷却能力的Janus薄膜，该薄膜成功应用于被动式全天淡水收集系统。通过滴铸SIE、CNFs和FeCl3·6H2O的混合物，可以很容易地制备复合薄膜，由于制备工艺简单，这也证明了可扩展性。CNFs和FeCl3·6H2O的存在不仅优化了表面润湿能力并降低了固化温度，而且在大气窗口中诱导了高发射的C-O-C键的形成。通过LIG技术，复合薄膜的一侧可以转化为具有平行阵列结构的亲水性多孔石墨烯，从而形成Janus薄膜。基于这种材料，组装了一个集水系统，该系统分别结合了白天太阳能驱动的界面脱盐和夜间通过太阳能到热转换和被动辐射冷却产生露水。因此，该系统在0.5 sun的白天可以实现98.81%的能量转换效率，在夜间的平均产水量为58.34g m−2 d-1，证明了在不增加额外能量输入的情况下全天收集淡水的能力。此外，所设计的材料还具有出色的稳定性、抗盐性和抗菌活性，可确保长期使用和安全供水。这项工作为基于分子设计和LIG技术的全天淡水收集提供了新的见解，以实现长期服务和安全的水质。
【文献来源】
https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.156318
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