中国科大刘波教养团队近期正在《Nature Communications》宣告咨议论文，题为“Elastic Polymer Covalent Organic Frameworks for Highly Efficient Solar Steam Evaporation”。该咨议采用卟啉环修筑政策，合成了符合性强的弹性纠合物有机框架PP-PEG，呈现出全光谱吸取与精采的光热转换本事。通过精采的热统造打算以及对亲水性和PEG链长的优化，团队开垦出基于PP-PEG的高效太阳能蒸汽蒸发器。另表，联络容易截锥形反射器打算，蒸发速度进一步晋升至18.88 kg·m⁻²·h⁻¹，鼎新了太阳能蒸汽蒸发器的职能记载。此更始计划造备简易、效用高且耐用性强，为海水淡化和水净化规模供应了庞大行使远景。
淡水资源的匮乏因生齿膨胀、经济发扬及天气变动而加剧，古代海水淡化技巧因繁复管理流程和激昂本钱而发扬受限。太阳能蒸汽蒸发技巧动作一种简易、高效且环保的取代计划，其职能受光热转换、热统造以及水传输统造的配合影响。相较于二维蒸发器，三维太阳能蒸汽蒸发器依赖轻质、高符合性和情况友谊等特质，呈现出更优的蒸发职能。共价有机框架（COFs），非常是能将光热性能单位匀称融入构造以告竣高效光热转换的纠合物COFs（polyCOFs），备受属目。polyCOFs联络了COFs与线性纠合物的上风，呈现出优异的呆板职能和刺激相应性。所以，研发拥有高光热转换效用、合理水传输途径、可控亲疏水性、可塑样子及优异呆板职能的polyCOFs质料，关于晋升太阳能蒸汽蒸发技巧的职能至闭要紧。
合成了疏水性PP-DEG，采用吡咯与DEG-(Ph-CHO)2正在丙酸中反响变成卟啉环（图2a）。PP-DEG-Acid呈非晶态，归因于DEG链中多σ键的可扭转性，致其多孔构造瓦解（图2b）。该质料正在273 K下对CO2有明显吸附本事（13 cm³·g⁻¹），源于CO2与卟啉环的彼此效用及DEG链睁开供应的孔隙（图2b）。合成通过FT-IR、¹³C CP-MAS NMR和XPS验证（图2c, d）。PP-DEG-Acid热安谧性高（≤350°C），构造符合性强（二氯甲烷相应测试）。其微观样式受合成要求影响：搅拌回流得粉末，静态高压釜反响得疏水性单体，接触角120.8°（图2e, f），样式由球形变交联链（图2g），证明剪切力对产品样式至闭要紧。
1.PP-DEG-Acid泡沫呈现出超98%的紫表-可见-近红表光吸取率，归因于卟啉单位（图3a）。模仿太阳光下，其表面温度急速升高（图3b-d），证明高效光热转换，这得益于卟啉激起热辐射及柔性DEG链避免卟啉堆叠与自我猝灭。正在水面漂浮形态下，10分钟表里面温度可达41.6℃（图3b, e），水蒸发速度为1.61 kg·m⁻²·h⁻¹（图3g）。然而，疏水性局部了水向泡沫顶部的传输，导致热量向水体扩散，影响蒸发。
2.为裁汰热量吃亏，本咨议打算了自包罗形式（图1b），包罗太阳能蒸发器、吸水芯和浮体，愚弄毛细效用吸取并局部水，通过浮体分开水体，裁汰热传导吃亏，并不断供水。此形式下，蒸发速度晋升至2.39 kg·m⁻²·h⁻¹（图3g）。自包罗形式不但裁汰热传导，还通过愚弄泡沫侧面扩张蒸发面积，鼓动冷蒸汽天生，提升蒸发职能。另表，泡沫弹性避免蒸发经过中塌陷，依旧蒸发职能。
疏水性PP-DEG-Acid泡沫阐扬出优异的光热转换职能，但蒸发速过活常。表面润湿性对太阳能蒸发体例的水运输和供应至闭要紧。为此，作家通过原位增加醋酸纤维素CA（PP-DEG-DMF）巩固泡沫亲水性。测验显示，5 wt% CA增加量（PP-DEG-DMF-5 wt% CA）依旧宏观构造安谧性，晋升弹性和可压缩性，变成海绵状中孔和大孔构造，利于水积聚、运输和多重散射（图4a-e）。此泡沫正在自包罗形式下，10 wt% CA增加量达最高蒸发速度4.22 kg·m⁻²·h⁻¹（图4j）。PEG链长对光吸取率影响有限，PP-PEG-600-DMF 5 wt% CA呈现最高蒸发率4.09 kg·m⁻²·h⁻¹（图4k），测度长PEG链避免卟啉密集和猝灭，依旧光热转换性能。所以，CA增加和长PEG链有利于晋升蒸发职能。
经优化，PP-PEG-600-DMF-10 wt% CA正在1个太阳辐照下蒸发率达4.89 kg·m⁻²·h⁻¹（图5a），正在去离子水中阐扬出精采安谧性（图5b）。DSC测试显示蒸发焓降至2126 J/g，采用水团簇和中心水表面举办能量平均明白。正在本质黄海海水淡化行使中，该泡沫动作太阳能蒸汽蒸发器，管理后冷凝水中离子浓度远低于WHO饮用水规范（图5d），且正在宽pH畛域海水和废水中均阐扬特殊（图5e）。为巩固侧面蒸发，打算45°铝造截锥形反射器，与PP-PEG-600-DMF-10 wt% CA联络行使时，蒸发率晋升至18.88 kg·m⁻²·h⁻¹（图5f），创文件报道新高（图5c）。
综上所述，本咨议合成了拥有高全光谱吸取率、高效光热转换及强亲水性的卟啉基弹性纠合物COFs单体，并更始性地打算了自包罗与反射器辅帮蒸发形式，饱满愚弄三维蒸发器顶面和侧面，告竣了18.88 kg·m⁻²·h⁻¹的高蒸发速度，合用于太阳能脱盐与净化。该收效为低本钱、高效海水淡化技巧供应了新途径，拓展了polyCOFs的行使规模。
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