海水淡化作為淡水資源的替代與增量技術，愈來愈受到世界上許多國家的重視。界面光蒸汽轉化（Solar steam generation）是近年來發展起來的新型光熱轉化技術，其藉助微納結構材料設計及光學、熱學有效調控，充分吸收太陽能並將能量轉化局域到氣-液界面，從而使得光-蒸汽能量轉化效率得到有效提高。目前，對界面光蒸汽轉化技術的研究大都聚焦在如何提高其海水淡化產率。現有界面光蒸發材料運用於實際海水環境時，往往由於鹽析出導致堵塞孔洞，嚴重影響其持續的蒸發效率。已有的研究通常會以犧牲其高效海水淡化產率為代價以實現器件在實際海水環境應用中抗結鹽的穩定性和持久性。此外，現有的界面光蒸發材料還普遍存在着材料機械性能差、原材料不易獲得、製備成本高以及材料對環境不友好等問題。
鑑於此，華僑大學土木工程學院付明來研究員和吉林建築大學苑寶玲教授課題組提出採用親水性聚丙烯酰胺為骨架、低帶隙的商業MoS2為太陽能吸收材料，通過發泡交聯聚合的方法，成功製備了一種具有優異機械穩定性和耐鹽性的海綿狀硫化鉬基多孔水凝膠（SMoS2-PH）（圖1）。在一個太陽光下，其獲得了3.297 kg m-2 h-1的高蒸發率以及93.4%的優異光熱轉換效率。
測試結果表明，SMoS2-PH具有良好的機械性能，在最大應變為50%的條件下，通過1000次的循環壓縮，其應力-應變曲線沒有明顯變化，凝膠的應力僅僅減少了6.6%；SMoS2-PH在全光譜範圍內具有81.90%的光吸收率（圖2）。對SMoS2-PH進行厚度調控時發現，不同厚度下的水蒸發率均超過理論極限值（1.47 kg m-2h-1），所以從能量流上探究了SMoS2-PH的熱增益和熱損失，通過理論計算其熱增益可以達到10.47%，而熱損失僅有6.34%，說明SMoS2-PH不僅具有較低的水蒸發焓還可以顯著從外界環境中獲取能量（圖3）。
本研究還通過調控發泡劑的量，製備了含不同孔隙率的SMoS2-PH，以探究孔隙率對水蒸發效率的影響。利用BET和壓汞法測試不同SMoS2-PH樣品全孔孔隙率，研究表明，隨着發泡劑量的增加，其孔隙率和水蒸發率隨之增加。然而，當進一步增加發泡劑的量時，SMoS2-PH的骨架結構會變得十分柔軟，導致無法準確測量孔隙率，同時水蒸發率也隨之降低（圖4）。研究表明，孔隙率為92.63%時的SMoS2-PH具有最大的水蒸發性能（3.297 kg m-2h-1）。
圖4. SMoS2-PH的孔隙率對水蒸發性能的影響
本研究開發的凝膠材料其光熱性能是MoS2基光熱材料在界面光蒸汽轉換效率的突破。同時，研究還發現，在長期實驗中太陽能驅動的光熱性能穩定，在SMoS2-PH表面沒有鹽堆積。因此，優異的耐鹽性、高效光熱轉換性能、簡潔的製備方法以及商業二硫化鉬材料的易獲性表明，SMoS2-PH凝膠材料有望成為一種可行的海水淡化裝置。
本文發表於Angew. Chem. Int. Ed.，第一作者是華僑大學2020級碩士研究生劉攀，華僑大學付明來研究員和吉林建築大學苑寶玲教授為本文共同通訊作者。
Enhanced Solar Evaporation Using a Scalable MoS2-Based Hydrogel for Highly Efficient Solar DesalinationPan Liu, Yi-bo Hu, Xiao-Ying Li, Lei Xu, Chen Chen, Baoling Yuan* and Ming-Lai Fu*Angew. Chem. Int. Ed., 2022, DOI: 10.1002/anie.202208587
劉攀，碩士研究生，現就讀於華僑大學土木工程學院，研究方向為金屬硫化物在光熱海水淡化中的應用研究。目前已在Desalination和Angewandte Chemie International Edition期刊上發表論文2篇。
付明來，博士、研究員、博士生導師。主要研究領域為環境功能納米材料在環境水污染治理中的應用以及固體廢棄物的資源化利用。已培養碩博士生16名，已發表包括Angew. Chem. Int. Ed.，Applied Catalysis B: Environmental 在內的SCI論文130餘篇，總引用次數3900多次，H-index因子為37，獲授權發明專利16項。現擔任Journal of Colloid & Interface Science雜誌Advisory Board Member, 國際水協會（IWA）飲用水中金屬及相關物質特別組（Specialist Group Metals and Related Substances in Drinking Water）管理委員會的委員，是廈門金磚會議環境質量保障固體廢物方面安全保障專家，先後主持和參加國家自然科學基金面上項目（主持4項）、國家高技術研究發展計劃（863計劃）子課題等多項國家、地方和企業項目。曾獲福建省科技進步二等獎2項，三等獎1項，2012年獲廈門市傑出青年科技項目資助，2014年獲廈門市第六批「雙百計劃」海外高層次人才資助。2018年獲福建省科技創新領軍人才資助。
郵箱：mlfu@iue.ac.cn; mlfu@hqu.edu.cn。
苑寶玲，博士，國家級高層次人才，特聘教授，博士生導師。主要從事飲用水水質安全保障和水污染控制與再生利用的基礎研究和應用技術開發，已先後主持了國家自然科學基金、教育部新世紀優秀人才基金等科研項目30餘項。主持國家自然科學基金4項，省部級產學合作重大項目，省國際合作重點項目、省市各類項目和企業委託項目等80餘項，獲省市科技進步二等獎5項，三等獎2項。已在國內外期刊上發表研究論文200篇，申請專利50餘項，授權發明專利18項，出版中英文著作4本，主/參編地方標準/導則/指南4項。
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