Sustainable Hierarchical-Pored PAAS–PNIPAAm Hydrogel with Core–Shell Structure Tailored for Highly Efficient Atmospheric Water Harvesting

材料科学 自愈水凝胶 化学工程 吸附 解吸 水分 芯(光纤) 纳米技术 湿度 壳体(结构) 蒸发 复合材料 化学 高分子化学 有机化学 工程类 物理 热力学
作者
Zhibin Zhang,Yajun Wang,Zheng Li,Hiroshi Fu,Jianying Huang,Zhiwei Xu,Yuekun Lai,Xiaoming Qian,Songnan Zhang
出处
期刊:ACS Applied Materials & Interfaces [American Chemical Society]
卷期号:14 (49): 55295-55306 被引量:31
标识
DOI:10.1021/acsami.2c19840
摘要

As an effective way to obtain freshwater resources, atmospheric water harvesting (AWH) technology has been a wide concern of researchers. Therefore, hydrogels gradually become key materials for atmospheric water harvesters due to their high specific surface area and three-dimensional porous structure. Here, we construct a core-shell hydrogel-based atmospheric water harvesting material consisting of a shell sodium polyacrylate (PAAS) hydrogel with an open pore structure and a core thermosensitive poly N-isopropylacrylamide (PNIPAAm) hydrogel with a large pore size. Theoretically, the mutual synergistic hygroscopic effect between the core layer and the shell layer accelerates the capture, transport, and storage of moisture to achieve continuous and high-capacity moisture adsorption. Simultaneously, the integration of polydopamine (PDA) with the hydrogel realizes solar-driven photothermal evaporation. Therefore, the prepared core-shell hydrogel material possesses great advantages in water adsorption capacity and water desorption capacity with an adsorption of 2.76 g g-1 (90% RH) and a desorption of 1.42 kg m-2 h-1. Additionally, the core-shell structure hydrogel collects 1.31 g g-1 day-1 of fresh water in outdoor experiments, which verifies that this core-shell hydrogel with integrated photothermal properties can capture moisture in a wide range of humidity without any external energy consumption, can further sustainably obtain fresh water in remote water-shortage areas.
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