水資源短缺是重要的全球性問題之一。近年來，太陽能輻射驅(qū)動(dòng)的海水淡化新方法備受關(guān)注。中國科學(xué)院青島生物能源與過程研究所研究員崔球帶領(lǐng)的代謝物組學(xué)研究組，在前期對(duì)紙漿泡沫材料研發(fā)的基礎(chǔ)上，通過天然橡膠的協(xié)同增強(qiáng)和泡沫表面碳化，開發(fā)出高穩(wěn)定性、低成本、且易于規(guī)模化制備的新型纖維素基太陽能光熱轉(zhuǎn)化材料。 

　　紙漿泡沫是廉價(jià)、環(huán)保的新型多孔材料。它以紙漿纖維為原料，利用表面活性劑在紙漿纖維分散液中常溫常壓空氣發(fā)泡，同時(shí)，泡沫可阻止纖維液相絮聚以及干燥坍縮，從而形成均勻的多孔結(jié)構(gòu)，濾水干燥后制得泡沫材料?？蒲腥藛T前期借助硼離子交聯(lián)和引入適量天然聚合物，開發(fā)出可實(shí)現(xiàn)功能性定制化加工的新型紙漿泡沫材料（Chem. Eng. J., 2019, 371, 34-42；Carbohydr. Polym., 2022, 278, 118963），在新型綠色包裝、建筑、保溫隔熱和吸音等領(lǐng)域頗具應(yīng)用前景。 

　　為了進(jìn)一步提高紙漿泡沫材料的抗水性，研究人員引入天然橡膠作為交聯(lián)劑，采用簡易的表面碳化工藝賦予碳化后的紙漿泡沫材料（CPNR）優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)化效果。CPNR由頂部的光熱轉(zhuǎn)換層及下部的紙漿泡沫層組成，無需界面粘合或改性處理。頂部光熱轉(zhuǎn)換層具有優(yōu)異的光吸收能力（93.2%），可以吸收入射的太陽光并通過光熱轉(zhuǎn)換作用將其轉(zhuǎn)化為熱量，從而驅(qū)動(dòng)水分蒸發(fā)。下部的紙漿泡沫層可以將水分由底部傳導(dǎo)運(yùn)輸至頂部光熱轉(zhuǎn)換層。同時(shí)，CPNR的多孔結(jié)構(gòu)、低導(dǎo)熱性（0.1 W mK^-1）和豐富的羥基結(jié)構(gòu)，使其具有優(yōu)異的隔熱和吸水性能（9.9 g g^-1）。本研究制備的CPNR在模擬太陽光照強(qiáng)度下，水蒸發(fā)速率和效率分別達(dá)到1.6 kg m^-2 h^-1和98.1%。此外，CPNR具有優(yōu)異的鹽分自清潔與防止鹽分累積的性能，并采用來源廣泛的纖維素及簡單的表面碳化工藝，使其成本效益顯著優(yōu)于現(xiàn)有的光熱轉(zhuǎn)化材料。模擬實(shí)驗(yàn)證實(shí)，新型纖維素基光熱轉(zhuǎn)化材料可用作水蒸發(fā)器，并有望用于海水淡化、鹽/金屬離子濃縮和污水處理等領(lǐng)域。 

　　近日，相關(guān)研究成果發(fā)表在《美國化學(xué)會(huì)-應(yīng)用材料與界面》（ACS Appl. Mater. Inter）上。研究工作得到國家自然科學(xué)基金、山東省自然科學(xué)杰出青年基金、山東能源研究院和青島市等的支持。該工作由青島能源所和加拿大湖首大學(xué)共同完成。 

　　論文鏈接 

青島能源所等構(gòu)筑新型纖維素基太陽能光熱轉(zhuǎn)化材料