上海應(yīng)物所輻照技術(shù)制備多功能光熱水凝膠研究取得進(jìn)展

近日，中國(guó)科學(xué)院上海應(yīng)用物理研究所在利用高能射線輻照技術(shù)制備多功能水凝膠用于太陽能蒸汽發(fā)電-光催化降解-熱電聯(lián)產(chǎn)（SSG-PCD-TE）的三元耦合系統(tǒng)取得重要進(jìn)展，相關(guān)成果“All-in-one photothermal hydrogel: Graphene@CuS with microchannels for fast evaporation ，water purification ，and heat reuse.”為題，發(fā)表在化工領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊Chemical Engineering Journal，論文第一作者為上海應(yīng)物所博士研究生林琳，通訊作者為應(yīng)用化學(xué)部李吉豪副研究員和李林繁研究員。

全球淡水資源緊張，太陽能蒸汽發(fā)電（SSG）技術(shù)因其綠色、低能耗的特點(diǎn)，成為解決水資源短缺的重要方向。然而，傳統(tǒng)的光熱蒸發(fā)材料在高溫、高鹽或污染水體中易發(fā)生結(jié)構(gòu)破壞、性能下降，且難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)高效蒸發(fā)、污染物降解和余熱利用，限制其實(shí)際應(yīng)用?；趫F(tuán)隊(duì)前期在石墨烯/銀復(fù)合水凝膠（Chemical??Engineering Journal ，?2023 ，147249）及石墨烯/MXene復(fù)合水凝膠（Desalination ，2025 ，??118657）方面的研究積累，本研究進(jìn)一步開發(fā)出一種名為PG@CuS?的“一體化”多功能光熱復(fù)合水凝膠。該材料以親水性的聚丙烯酰胺（PAM）為三維網(wǎng)絡(luò)骨架，整合了具有廣譜光吸收能力的還原氧化石墨烯（rGO）和窄帶隙半導(dǎo)體硫化銅（CuS）。以上海應(yīng)物所的伽馬射線輻照平臺(tái)為基礎(chǔ)，通過伽馬射線輻照聚合與冷凍干燥技術(shù)，在常溫常壓下制備出具有垂直多孔微通道的多功能光熱水凝膠。研究發(fā)現(xiàn)，該水凝膠具有以下特點(diǎn)：①高效光熱蒸發(fā)：在標(biāo)準(zhǔn)太陽光強(qiáng)下蒸發(fā)速率達(dá)8.1??kg·m?2·h?1，通過調(diào)控可提升至28.7??kg·m?2·h?1，實(shí)現(xiàn)蒸發(fā)溫度低于環(huán)境溫度的“全冷蒸發(fā)”。②優(yōu)異耐鹽與凈化能力：在高濃度鹽水中連續(xù)光照16h無鹽結(jié)晶，對(duì)海水鹽分去除率超過99.9%，產(chǎn)水符合WHO飲用水標(biāo)準(zhǔn)。③污染物降解能力：可高效降解亞甲基藍(lán)等有機(jī)污染物，實(shí)現(xiàn)“蒸發(fā)-凈化”一體化。④熱電聯(lián)產(chǎn)功能：結(jié)合熱電發(fā)電機(jī)可實(shí)現(xiàn)883??mV的電壓輸出，拓展了太陽能的多級(jí)利用途徑。

該研究實(shí)現(xiàn)了太陽能蒸汽發(fā)電-光催化降解-熱電聯(lián)產(chǎn)（SSG-PCD-TE）的三元耦合系統(tǒng)，為解決太陽能豐富但淡水匱乏地區(qū)的飲水與能源問題提供了全新思路。

原文鏈接：?https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.167997

圖1.?伽馬射線制備多功能PG@CuSx復(fù)合水凝膠材料用于高效海水淡化-污染物降解-熱電轉(zhuǎn)換.