近日，上海交通大學材料科學與工程學院鄧濤教授、陶鵬副研究員團隊在《Nano Energy》期刊上發表了題為“All-in-one polymer sponge composite 3D evaporators for simultaneous high-flux solar-thermal desalination and electricity generation”的文章（DOI: 10.1016/j.nanoen.2021.106882）。該團隊將聚（3,4-亞乙基二氧噻吩）：聚（苯乙烯磺酸鹽）（PEDOT:PSS）和碳納米管與聚乙烯醇（PVA）海綿復合，設計制備了一種可同時進行高通量海水淡化和發電的一體式3D雙功能太陽能光熱蒸發器。這種海綿復合材料同時具有高太陽能吸收率、分級多孔結構和強抗鹽析出能力。海綿復合材料3D結構設計擴大了蒸發面積，PVA海綿與水分子的相互作用大幅降低了蒸發焓，在一個太陽光強照射下，實現了6.8 kg m^-2 h^-1的高蒸發速率和94.9%能量轉換效率。同時，PEDOT:PSS的摻入使PVA海綿內部形成了許多帶負電的離子通道。在太陽能光熱驅動海水蒸發過程中，Cl離子選擇性地通過離子通道，產生穩定的流動電壓，單個復合海綿在一個太陽光照下可以產生117.8 mV的穩定流動電勢。通過串聯多個海綿蒸發器，該集成系統可以在持續太陽光照下從海水中穩定地產生可直接飲用的淡水，以滿足個人飲水需求，并產生足夠的電能為小型電子設備供電。該項目開發的一體式3D復合海綿蒸發器具有穩定的優越性能、一體化的結構設計，采用簡便的制造工藝，這些將有望促進其在可再生飲用水和電能聯產等領域中的應用。該研究得到國家重點研發計劃（2017YFB0406100）、國家自然科學基金(51873105)等項目資助支持。

圖1. 一體式3D聚合物海綿蒸發器，可同時進行高通量太陽能光熱海水淡化和發電。在太陽光照射下，CNT-PP-PVA復合海綿可以進行光熱轉換，驅動海水蒸發，再冷凝為可飲用的淡水。同時，太陽能光熱蒸發驅動鹽離子在海綿內部離子通道中的定向流動產生流動電流。

圖2.復合海綿的制備和表征：（a）一體式復合海綿的制備流程示意圖；（b，c）低倍率和高倍率下PVA海綿的SEM圖；（d，e）PP-PVA海綿在低倍率和高倍率下的SEM圖；（f，g）CNT-PP-PVA海綿在低倍率和高倍率下的SEM圖。

圖3. 海綿復合材料的吸光性能和吸水性能表征：PVA、PP-PVA和CNT-PP-PVA海綿分別處于（a）干燥和（b）濕潤狀態下的吸收光譜；（c，d）將無塵紙放在海綿頂部監測CNT-PP-PVA海綿毛細吸水過程，用紅色染料使對吸水現象的觀察更為明顯。

圖4. CNT-PP-PVA海綿的太陽能蒸發性能：（a）太陽能驅動光熱蒸發和發電實驗裝置示意圖；（b）不同太陽光強下，純水蒸發質量的變化；（c）純水蒸發性能與現有文獻報道對比；（d）不同光強下CNT-PP-PVA蒸發溫度變化；（e）一個太陽光照前后CNT-PP-PVA海綿的紅外照片；（f）2D和3D太陽能光熱蒸發結構對比示意圖；（g）一個太陽光強下海水蒸發質量變化；（h）一個太陽光照下，海水蒸發性能與現有文獻報道對比；（i）3.5 wt%鹽水蒸發速率的變化，紅線為平均蒸發速率，內置圖片顯示蒸發表面沒有結晶鹽析出。

圖5. 太陽能光熱驅動鹽水蒸發產生電能：在一個太陽光強下，蒸發去離子水和3.5 wt% NaCl溶液CNT-PP-PVA海綿的輸出電壓（a）和電流（b）；（c）CNT-PP-PVA海綿的發電原理示意圖；（d）不同電極間距的海綿蒸發器輸出電壓；（e）串聯不同數量CNT-PP-PVA海綿的輸出電壓。

圖6. CNT-PP-PVA海綿同時進行海水淡化和發電：（a）海水淡化和發電聯產裝置示意圖；（b）海水淡化前后離子濃度對比；（c）由三個串聯CNT-PP-PVA海綿蒸發器充電2200 μF電容器兩端的電壓變化；（d）由六個串聯電容器供電LED的發光示意圖。

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https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2211285521011319