Ultrafast Solar-Vapor Harvesting Based on a Hierarchical Porous Hydrogel with Wettability Contrast and Tailored Water States

材料科学 润湿 化学工程 蒸发 水蒸气 多孔性 两亲性 汽化 毛细管作用 复合材料 纳米技术 聚合物 有机化学 化学 工程类 物理 热力学 共聚物
作者
Meng Yang,Heng Luo,Weizhi Zou,Yong Liu,Jinhao Xu,Jing Guo,Jian Xu,Ning Zhao
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (21): 24766-24774 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acsami.2c03597
摘要

Optimizing the water bonding network in an evaporator is significant for efficient solar-driven vapor generation (SVG). Herein, we report a facile one-pot method to regulate the hydrated structure and wettability in a hierarchical porous hydrogel. An ovalbumin (OVA)-polyacrylamide hydrogel foam was fabricated in a cake-making fashion. Because of the enrichment of amphiphilic OVA at the interface, the hydrophobic walls of the air pores in the foam provide vaporization sites and help reduce parasitic heat loss, while the hydrophilic skeleton with the secondary pores effectively pumps capillary water. Notably, the proportion of intermediate water in the foam reaches 87.6% with the melting point as low as -10 °C. All these features contribute to an exceptional evaporation rate of 3.4-4.5 kg m-2 h-1 under 1 sun and robust SVG performances at high-humidity, weak sunlight, or cold weathers. The strategy of using amphiphilic molecules to optimize the hydrated structures both at the interface and in bulk promises the reasonable design of SVG materials with superior efficiency and weather adaptability.
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