淡水资源短缺已成为全球性挑战，大气水收集（Atmospheric Water Harvesting, AWH）技术因其不受地域限制的特性而备受关注。吸湿盐如氯化锂（LiCl）相较于传统吸附材料具高吸湿容量和高效动力学吸附的优点，但LiCl在循环吸/脱附过程中易发生团聚与溶液泄漏，导致材料吸水率及循环稳定性显著下降。因此，制备兼具高吸水容量、快速吸附动力学与长期稳定性的新型SAWH材料具有重大的意义，但面临巨大挑战。

近日，安徽农业大学杜兆芳教授团队在期刊《Chemical Engineering Journal》上，发表了最新研究成果“LiCl@cellulose nanofiber/sodium alginate fibers obtained via coaxial spinning for atmospheric water harvesting”。论文第一作者为材料与化学学院博士生郑阿龙，通讯作者为杜兆芳教授。研究通过分级通道结构纤维设计策略成功制备了具有“孔洞-裂纹-中空”分级通道结构的LiCl@CNF/SA纤维，分级通道结构赋予LiCl@CNF/SA纤维“孔隙吸水-裂纹输水-中空储水”的能力，为制备高性能大气集水纤维材料的研究提供了新方法。

图1：通过分层通道纤维设计策略制备LiCl@CNF/SA纤维。

通过同轴湿法纺丝工艺和加热后处理制备LiCl@CNF/SA纤维。图1a是LiCl@CNF/SA纤维的孔隙-裂纹-中空结构的形成过程。其中“孔隙用于吸收水，裂纹用于运输水，中空腔室用于储存水”，这种结构赋予LiCl@CNF/SA纤维卓越的吸湿性和稳定性。图1b-c展示了纤维良好的可编织性。

图2：LiCl@CNF/SA纤维的形貌与结构表征。

LiCl@CNF/SA纤维的SEM图像说明了裂纹和中空腔室的分级通道结构被成功地构筑。LiCl@CNF/SA纤维内表面裂纹结构的EDS图像说明Ca和Cl元素在由C和O组成的三维SA网络中均匀分布。LiCl@CNF/SA纤维的傅里叶变换红外光谱和X射线光电子能谱的结果表明SA与CNF之间存在氢键的相互作用和SA的Ca2+与羧基之间的“蛋盒”结构的形成。

图3：LiCl@CNF/SA纤维的力学性能。

制备的LiCl@CNF/SA纤维表现出良好的力学性能，拉伸强度为1.91 MPa，断裂伸长率为252%。LiCl@CNF/SA纤维对于小应变范围和大应变范围都具有良好的工作稳定性，并且经过了500圈的循环载荷-卸载后LiCl@CNF/SA纤维依然表现出优异的机械耐久性。流变测试的结果表明LiCl@CNF/SA纤维具有出色的结构稳定性。

图4：LiCl@CNF/SA纤维的吸湿性能和解吸性能。

接触角测试中，5 μL去离子水滴的快速扩散（1.5秒内），说明LiCl@CNF/SA纤维表面具有良好的亲水性。LiCl@CNF/SA纤维具备优异的吸湿量和吸湿速率，能在短时间内达到高容量的吸湿平衡。经过20圈的吸湿-解吸循环，LiCl@CNF/SA纤维的吸湿量依然能达到首次的98%，表现出优异的循环稳定性。COSMOL模拟展示了LiCl@CNF/SA纤维在吸湿过程中水分内外双扩散及自身膨胀的过程。此外，LiCl@CNF/SA纤维能在热驱动下完成解吸，解吸效率高。

图5：LiCl@CNF/SA纤维的大气集水性能。

由LiCl@CNF/SA纤维编织组装的集水装置能适应于高温天气和非高温天气的吸湿解吸，收集的水分能被有效储存，日集水量可达2.28 kg L-1，且符合世界卫生组织饮用标准。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2026.173152 

人物简介：

杜兆芳，安徽农业大学材料与化学学院教授，博士生导师。安徽省纤维及其制品标准化委员会主任。主要研究方向为：再生聚酯纤维、PLA纤维材料和汽车内饰材料。主持承担了国家科技部重点研发计划项目、安徽省重大专项、高校协同创新项目等多项省部级以上科研课题。以第一作者/通讯作者在《Advanced Fiber Materials》、《Chemical Engineering Journal》、《Science China Materials》等期刊发表SCI论文30余篇；获授权国家发明专利15件；安徽省科技进步奖3项；全国巾帼建功标兵、安徽省学术和技术带头人、安徽省教学名师等荣誉称号。