英文原题：Degradable and Recyclable Solar Desalination Membranes Based on Naturally Occurring Building Blocks
通讯作者：李乙文，四川大学高分子科学与工程学院、高分子材料工程国家重点实验室
作者：Ning Li (李宁), Yuan Zou (邹元), Xueqian Zhang(张学迁), Zhekai Jin(金喆恺), Yi Yang(杨艺), Lu Yang(杨璐)，Gaigai Duan (段改改)，Yuanting Xu (徐源廷)，Yiwen Li (李乙文)
随着社会发展与人口快速增长，水资源短缺已成全球亟需解决的关键问题。太阳能海水淡化因其低成本，可拓展，清洁无污染等特点，在各种淡化策略中脱颖而出。目前，人们已经开发出了各种各样的太阳能海水淡化材料，如金属纳米颗粒，碳基材料，高分子材料，复合材料，并设计出了多种精细的装置（1D-3D）以进一步提高太阳能蒸发效率。然而，这些材料大都会与装置特异性结合，难以去除与更新。在光热材料达到使用寿命后不得不整体废弃，造成了极大的浪费，同时废弃后的材料无法降解，对环境造成极大的危害。因此，人们亟需开发高效，可降解，可循环的太阳能海水淡化材料。
本文设计了一种基于全天然小分子构筑的太阳能海水淡化薄膜材料。天然多酚（如没食子酸）与金属离子（如铁离子）的配位涂层表现出良好的光吸收特性、优异的光热转化和水蒸发效率。此外，金属离子与多酚的螯合作用具有强烈的pH依赖性，该涂层可在酸性条件下快速降解，其基底可回收，在重新涂覆后便可再次使用。在150次降解-涂覆循环后，其光热性能基本保持不变（图1）。
图1. 光热材料降解循环示意图
没食子酸(GA)与铁离子(Fe(III))的螯合物因d-d跃迁，具有极强的光吸收能力，可以赋予基底卓越的光热性能。制备得到GA@Fe(III)@PVDF薄膜具有多孔结构和良好的亲水性，在太阳光辐照下，可实现水分的快速供应和蒸发。该材料还具有柔软、灵活、可裁剪等性质，可在不同装置设计中灵活切换，极大的增加和丰富了材料的应用场景（图2）。
图2. GA@Fe(III)@PVDF膜的微观形貌，吸收光谱及多种装置设计下的应用场景
作者设计了一种界面蒸发的太阳能海水淡化装置，GA@Fe(III)@PVDF薄膜可有效吸收太阳光，并将能量转化且限制于装置表面，水分通过毛细作用快速运输到蒸发表面，实现持续的水蒸发。该材料在一标准太阳光照射下可实现1.539 kg m-2 h-1的水蒸发速率及90.2%的光热转化效率。淡化后的水中离子含量满足WHO的饮用水标准。该材料在不同光照强度下优异蒸发性能以及升降温稳定性，进一步证实了其在实际应用中的巨大潜力（图3）。
图3. 太阳能海水淡化装置示意图及淡化性能表征
GA@Fe(III)@PVDF薄膜在海水淡化使用场景（pH4-10）下均具有良好的稳定性，可满足海水淡化的使用需求。当材料的性能发生衰减或需要更换装置时，光热涂层可在酸性条件下快速降解，在多次降解涂覆循环后，其光热性能几乎不变，表现出优异的循环能力（图4）。
图4. GA@Fe(III)@PVDF膜降解涂覆循环性能及其光热能力表征
本文提出了一种可降解循环的太阳能海水淡化薄膜材料，其具有低成本，灵活，可持续和优异的光热能力的特点，在一标准太阳光下可实现1.539 kg m-2 h-1的水蒸发速率及90.2%的光热转化效率。薄膜层可快速降解和更新，在150个循环后依然具有良好的光热能力和蒸发效率。为设计低成本，绿色环保的太阳能海水淡化材料提供了全新的思路。
通讯作者信息：
李乙文 四川大学
李乙文，四川大学教授，国家杰出青年基金获得者，从事人造黑色素和功能多酚等新概念大分子材料的基础与转化研究。担任中国青年科技工作者协会理事，中国化学会高分子学科委员会委员、应用化学学科委员会委员，国家药监局重点实验室学术委员，以及Macromol. Rapid Commun., Giant和高分子通报等杂志的编委。入选《麻省理工科技评论》“35岁以下科技创新35人”(MIT TR35)名单，荣获冯新德高分子奖，中国化学会高分子青年学者奖，四川青年五四奖章等荣誉。
课题组链接：
https://www.lipolymer.net/
出版信息：
Chem. Mater. 2022, ASAP
Publication Date: November 20, 2022
https://doi.org/10.1021/acs.chemmater.2c02230
Copyright © 2022 American Chemical Society
