聚吡咯修饰镓气凝胶-水凝胶光热-电热协同高效稳定脱盐技术研究

本研究创新性地开发了聚吡咯包覆镓纳米颗粒（PGa NPs）核心-壳结构，通过光热（56.3%转换效率）与电热（5V电压）协同作用，构建Janus结构气凝胶-水凝胶太阳能蒸汽发生器（SSG），实现3.88 kg·m?2·h?1蒸发速率及>99.9%离子截留率，为可持续海水淡化提供突破性解决方案。

　　

Highlight

本研究通过超声分散和原位聚合法制备了聚吡咯（PPy）包覆的镓纳米颗粒（PGa NPs），其核壳结构显著提升光热转换效率至56.3%，远超纯镓纳米颗粒（34.8%）或物理混合物。PGa NPs与壳聚糖（CS）构建的Janus结构气凝胶-水凝胶太阳能蒸汽发生器（SSG），在1太阳光强下实现3.88 kg·m^?2·h^?1蒸发速率，并展现卓越的盐阻隔性能（>99.9%离子截留）。

Characterization of PGa NPs

镓纳米颗粒（Ga NPs）在十六烷基三甲基溴化铵（CTAB）溶液中通过超声分散制备（图S1）。CTAB能降低镓-水界面张力，抑制颗粒团聚（图S2）。PPy壳层（~8.3 nm）通过FeCl₃氧化吡咯单体原位形成，经FTIR和XPS证实其化学结构，TEM显示均匀包覆。

Conclusion

总结而言，PGa NPs核壳结构通过PPy的广谱吸收与镓的局域表面等离子体共振（LSPR）协同作用，将光热转换效率提升至53.6%。集成电热功能后，在1太阳光强+5V电压下协同蒸发速率达6.46 kg·m^?2·h^?1。该SSG的层级孔结构、CS交联网络屏蔽效应及PGa NPs静电排斥作用，使其在10天连续测试中保持稳定蒸发速率，为海水淡化技术提供全新设计范式。