协同构建壳聚糖/聚乙二醇复合水凝胶：动态氢键与增强光热碳纳米管共促高效大气水收集

《Journal of Cleaner Production》：Synergistically engineered chitosan/polyethylene glycol hydrogel with dynamic H-bonding and enhanced photothermal CNTs for robust atmospheric water harvesting

本综述创新性地提出通过多组分协同策略（LiCl-GI-HCNTs）协同优化壳聚糖/聚乙二醇（CS/PEG）复合水凝胶，解决了传统大气水收集（AWH）材料稳定性差、解吸能耗高的核心难题。该材料在45%和90%相对湿度（RH）下分别实现1.83 g/g和2.31 g/g的高吸湿容量，并通过羟基化碳纳米管（HCNTs）实现超过95%的宽带太阳能吸收，光热解吸速率达278.7 g/(h·m2)，循环80次后容量损失仅5.03%，为干旱地区水资源短缺问题提供了高性能解决方案。

　　

Highlight

材料表征

图2(a)–(b)展示了LiCl浓度对水凝胶孔结构的显著影响。在5 mol/L LiCl浓度下，由于渗透压驱动的溶剂迁移，出现了不规则的孔形态，这诱导了局部相分离并形成了不对称通道。当LiCl浓度增加到7 mol/L时，发生了网络结构的完全塌陷，这是因为过量的Li⁺通过竞争水合作用破坏了氢键网络，促进了聚合物链的聚集。

结论

本研究通过开发一种由LiCl-GI-HCNTs三元协同体系增强的CTS/PEG复合水凝胶，在大气水收集（AWH）领域取得了突破。作为吸湿性增强剂，5 mol/L的LiCl构建了多孔网络，在45% RH和90% RH条件下分别实现了1.66 g/g和1.97 g/g的吸湿容量。同时，10 wt%的甘油（GI）通过动态氢键重构增强了结构完整性，在极端脱水条件下将质量保留率提升至87.5%。此外，预分散的羟基化碳纳米管（HCNTs）形成了高效的光热网络，实现了超过95%的宽带光吸收，并达到了278.7 g/(h·m²)的卓越光热解吸速率。这种多组分协同策略显著提升了材料的吸湿动力学、光热转换效率和循环稳定性（80次循环后容量损失仅为5.03%），有效缓解了传统光热剂常见的团聚和光谱限制问题。户外自然阳光实地测试进一步验证了其快速解吸能力和实际应用可行性。这项工作为开发用于干旱地区的高性能、低能耗大气水收集技术奠定了坚实的基础。

CRediT作者贡献声明

Hanyu Hu: 撰写 – 审阅编辑，撰写 – 初稿，验证，方法论，调研，形式分析，概念化。

Yiwen Xue: 撰写 – 审阅编辑，撰写 – 初稿，方法论，调研。

Shaoqiu Ding: 撰写 – 审阅编辑，监督。

Zhuoming Li: 撰写 – 审阅编辑，监督。

Lingjun Zhu: 项目管理。

Shurong Wang: 撰写 – 审阅编辑，监督，资金获取。

利益冲突声明

作者声明，他们没有已知的竞争性财务利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本研究报告的工作。

致谢

本工作得到了国家自然科学基金国际交流合作项目（52261135626）和浙江大学龙泉创新中心项目（ZJDXLOCXZCJBGS2024003）的资助。