清华大学危岩教授、吉岩副教授等：高效利用太阳能产蒸汽的耐久性聚合物整体泡沫
近日，英国皇家化学会综合化学类旗舰期刊 Chemical Science 发表了清华大学化学系危岩教授、吉岩副教授与合作者们的前沿论文（Edge Article），报道了一种可用于太阳能产水蒸气的新型聚合物泡沫材料的设计与合成工作，而且这种材料在弱光照条件下也可以实现非常高的光热转换效率。
这种材料完全由聚合物组成，不仅原料成本低廉，而且合成简便、易于放大生产，另外还具有优异的耐久性和稳定性（包括对有机溶剂的良好抗性）。其在较弱光照条件下（0.5 sun 光强下）的光热转换效率也可达到 80%，比之前报道过的同样用途的聚合物材料都要高。
通过如下图的缩聚方法来获得“聚(1,3,5-六氢-1,3,5-三嗪)”（PHT），主要由苯胺三聚体组成，并通过盐粒浸出法来获得具有宏观孔道的泡沫结构（如下图电镜照片所示）。这种聚合物泡沫材料能够支持 500 克（其自身重量的 2000 倍）的重物，并可漂浮在液气界面上。无需任何表面修饰，就可以达到 130° 的接触角。
UV-vis/NIR 光谱研究发现，这种材料的反射率相对较低，而且几乎不发生透射（下图 a）。红外热成像图显示，这种漂浮在气液界面上的聚合物泡沫材料在 1 sun 光强下 15 分钟后即可达到 46°C 的温度。
如下面三幅图所示，在存在这一聚合物泡沫的情况下，水的蒸发速率要明显更快。在 1 sun 光强（1 kW m⁻²）的条件下，由蒸发速率计算而得的蒸发效率 η 可达 80.5%，这已经相当于已经报道过的正常阳光强度下的最高效率值了。即使是在 0.5 sun 光强的条件下，效率依然达到 80.6%。
最后，本文作者利用这种材料，以光照为能源进行了盐水脱盐的应用。在 3.5 wt% 的 NaCl 溶液和 1 wt% 其它盐类的混合溶液中，脱盐后的含盐量都可以降低到 1 ppm 以下，比蒸馏作业可以达到的盐度还要低。
在以单一聚合物材料为蒸发器件的应用方面，本文报道的工作开辟了新的途径。通过更好的优化，由聚合物泡沫组成的蒸发器件很有可能可以在性能上超越无机材料，并且成本更为降低，为太阳能和水资源的更高效利用铺平道路。
论文链接：
http://pubs.rsc.org/-/content/articlelanding/2018/sc/c7sc02967e#!divAbstract
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