由于人口增长、气候变化和经济发展等因素，清洁淡水的稀缺已成为人类面临的重大挑战。海水淡化和废水净化技术，如膜分离和热蒸馏，面临成本高和能效低的挑战。太阳能驱动的界面水蒸发是一种可持续的方法，通过低温蒸发从海水和废水中提取清洁水。然而，其在淡化和净化方面的实际应用受到蒸发率低的限制。通常通过对光热转化材料的设计以及蒸发器骨架的优化来打破这一限制。
迄今为止，已经开发了众多光热转化材料，其中，具有丰富来源的碳基材料的绿色和无毒特性使它们成为极佳选择。除了光热转化材料外，蒸发器骨架也是太阳能蒸汽发生的关键部分。气凝胶高度内置的多孔结构增加了蒸发器的表面粗糙度，提高了光吸收。此外，气凝胶的互连多孔网络和亲水基团通过毛细作用实现快速的水传输，防止连续蒸发过程中的盐聚集，实现盐耐受性。更重要的是，基于聚合物气凝胶的蒸发器的独特分层纳米结构和可调节的亲水/疏水功能团可以降低与散装水相比的氢键相互作用，显著降低蒸发焓，提高相同太阳能输入下的蒸发率。然而，同时实现高水分传输性、机械性能和光-蒸汽转化效率的蒸发器一直是个难题。
针对上述难题问题，南京工业大学化工学院、材料化学工程国家重点实验室陈苏教授团队通过在二氧化硅气凝胶上原位生长聚吡咯，并使用海藻酸钠交联固化以塑型制备了具有高抗压性能（4.13 MPa）的坚固多孔蒸发器。其中二氧化硅气凝胶作为骨架，形成具有保温性能的三维多孔互连结构，而负载的聚吡咯因其在全光谱范围内良好的光吸收能力作为光吸收材料。得益于三维多孔结构、高效的光吸收能力和聚合物网络结构中降低的蒸发焓的协同效应，蒸发器在1 kW m-2的光强下轻松实现了2.17 kg m-2 h-1的蒸发速率，对应于94.17%的光-蒸汽转化效率。并且，该蒸发器的耐盐性和长期稳定性表明，它为从海水淡化中生产淡水提供了一个新途径。
该研究成果于近日发表在国际重要刊物《Separation and Purification Technology》上。(Easy access to robust rigid SiO2-based photothermal aerogel for enhanced solar interfacial evaporation)。南京工业大学博士研究生王佳伟为第一作者。南京工业大学陈苏教授、朱亮亮教授为共同通讯作者。
该课题得到了国家自然科学基金重点项目、国家重点研发计划、国家青年自然基金、江苏省特聘教授项目、江苏省高等学校学术重点项目等基金的资助和支持。
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