导语

气凝胶是一类高度多孔的整体材料，3D互连多孔结构赋予其诸多优异的物理特性，例如极低的密度、高表面积、优异的传质性能和低热导率。因此，气凝胶在能源和环境相关领域具有巨大的应用潜力。近年来，学术界对气凝胶的研究热度不断增加！本期内容，易丝帮精选了朱美芳院士、俞建勇院士、黄超伯教授、刘天西教授团队在气凝胶用于水处理等方面的最新研究进展，供大家了解。

1、东华大学朱美芳院士Nano-Micro Lett.：润湿性可调的纤维气凝胶用于高性能太阳能驱动的界面蒸发

➣挑战：太阳能界面蒸发是一种新兴的海水淡化技术。蒸发器结构一般采用表面润湿性不同的双层结构。然而，由于现有材料的润湿性通常是单调的。因此，创造具有可调属性的材料是一个巨大挑战。

➣方法：东华大学朱美芳院士团队将乙烯基三甲氧基硅烷作为单分子单元与细菌纤维素(BC)纤维网络杂化，通过控制组装途径构建具有润湿性可调的高强度气凝胶。

➣创新点1：硅氧烷基团或碳原子暴露在BC纳米纤维表面，形成超亲水或超疏水气凝胶。利用这种特性，单组分改性气凝胶可以集成到双层蒸发器中进行海水淡化。

➣创新点2：在1个太阳光照下，该蒸发器在实验室和室外条件下分别达到1.91和4.20 kg m−2 h−1的高水分蒸发速率。该气凝胶蒸发器表现出前所未有的轻质化、结构坚固性、极端条件下的长期稳定性和优异的耐盐性，突出了单分子单元合成气凝胶材料的优势。

https://doi.org/10.1007/s40820-023-01034-4

2、南京林业大学黄超伯教授Adv. Funct. Mater.：具有垂直排列通道的仿生纳米纤维气凝胶，实现高效太阳能水净化和海水淡化

➣挑战：阳能蒸汽发电已成为缓解淡水危机最有前途的策略之一。然而，构建能在阳光下连续运行的太阳能热水蒸发结构，以获得高效、稳定、高脱盐能力的清洁水，非常关键且具有挑战性。

➣方法：南京林业大学黄超伯教授团队通过对HPAN、PVA和CNTs混合物进行单向冷冻浇铸，然后进行冷冻干燥、热交联、原位聚合和表面改性，成功开发了具有多级结构和高孔隙率的纳米纤维气凝胶。

➣创新点1：由于独特的相互连接的细胞结构、垂直排列的通道、纳米纤维编织的孔壁、稳定均匀分布的碳纳米管、聚苯胺和疏水表面组分，以及高机械强度和其各个成分的材料特性，PPCPNA表现出优异的表面疏水性和底部亲水性。

➣创新点2：PPCPNA中的微/纳米通道水传输提供了较多的途径，并且该气凝胶大大降低了散装水的热耗散。因此，PPCPNA可实现 2.33 kg m-2 h-1的高蒸发率和1个太阳光照（1 kW m-2）下96.1%的极高太阳能转换效率。

➣创新点3：气凝胶在高浓度盐水（20 wt. %）中表现出明显的耐盐性能，在1个太阳照射下可连续蒸发2.5 h。另外，通过专门设计的实时盐析监测系统跟踪原位电容，可以有效监测海水淡化过程中的盐析过程。

https://doi.org/10.1002/adfm.202214157

3、江南大学刘天西教授团队Chem. Eng. J.：基于聚酰亚胺纳米纤维气凝胶的便携式太阳能界面蒸发器用于高效海水淡化

➣挑战：太阳能蒸汽发电是一种通过有效利用太阳光的环保水净化技术。但目前的太阳能蒸发装置存在成本高、机械性能差、效率低、耐久性差等问题。

➣方法：江南大学刘天西教授团队樊玮教授受植物蒸腾作用的启发，设计并制造了一种可扩展的便携式聚吡咯改性聚酰亚胺纳米纤维气凝胶(PPy-PI NAG)，用于高效和持久的太阳能蒸汽产生。

➣创新点1：在蒸发过程中，底部具有分级细胞纤维结构的亲水性PI NAG作为根系，用于快速输水；上部多孔且表面粗糙的PPy层作为叶片，用于蒸发。

➣创新点2：高多孔PPy-PI NAG具有较低的热导率(0.05 W m−1 K−1)，可以将热能限制在气-水界面上，表现出优异的热定位效果。在单次光照下，PPy-PI NAG的平均蒸发速率为1.42 kg m−2 h−1，对海水离子的去除效率为99.7%。

➣创新点3：PPy-PI NAG具有稳定的蒸发效率，可以连续脱盐15天，压缩/折叠1000次循环，并且可以压缩或折叠成小尺寸，便于运输或运输。显示出作为个人和家庭蒸发系统的便携式太阳能蒸发设备的巨大潜力。

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141909

4、东华大学俞建勇院士团队Chem. Eng. J.：受蜘蛛网启发，制备超弹、导电网络的 SiO2/Ag 纳米纤维气凝胶

➣挑战：水传播的病原性疾病严重威胁着人类健康和全球经济。但是，传统的水消毒方法，如氯化或膜过滤去除病原体，仍然受到有害副产品、生物污染和处理能力有限的影响。

➣方法：东华大学俞建勇院士和斯阳研究员采用一种自下而上的策略，通过冷冻干燥法将Ag纳米线组装在三维SiO2纳米纤维骨架中，制备出具有超弹性和导电网络的仿生纳米纤维气凝胶，用于安全高效的水消毒。

➣创新点1：受到蜘蛛利用蛛网捕获猎物行为的启发，该设计的核心是用数百万个导电纳米纤维尖端构建跨越和互联的网络，基于拦截和电穿孔的协同效应，可以瞬间灭活微生物。

➣创新点2：该气凝胶具有高孔隙率(99.81%)、超弹性和结构高稳定性，基于气凝胶的电穿孔消毒装置(EDD)在低推导电压(1 V)、高通量(9900 L m−2 h−1)、能耗0.83 Wh m−3下，表现出优异的杀菌(> 99.9999%)和杀病毒(> 99.9%)性能。

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.141908