近日，城市建設與安全工程學院呂鳳勇副教授課題組在《Advanced Materials》(IF=27.4是一本備受矚目的材料科學領域國際頂級期刊)上在線發表題為“Polyanionic Electrolyte Ionization Desalination Empowers Continuous Solar Evaporation Performance”的研究成果，該研究論文是以上海應用技術大學為第一單位，該研究針對太陽能蒸發器在實際海水淡化過程中鹽晶體析出問題，利用聚陰離子電解質功能化策略，實現優異的均勻脫鹽性能，證明了聚陰離子電解質功能化作為排鹽策略對高性能太陽能海水淡化技術和其他技術的發展具有卓越的益處。呂鳳勇副教授為論文第一作者、研究生苗潔、王忠禹、胡靜教授和愛丁堡大學Daniel Orejon老師作為本文通訊作者。
采用合理的結構設計實現高效光吸收和水輸送，不同輸水策略對鹽結晶的調控，利用Donnan平衡實現鹽離子調控，聚陰離子電解質層利用了Donnan效應，其中固定的帶電陰離子基團(如-SO3-和COO-)可以將反離子(如K+和/或Na+)限制在供水路徑內。首先，浸泡在鹽水中后，存在于聚陰離子電解質聚苯乙烯磺酸鈉-SO3Na中的鈉陽離子與聚苯乙烯磺酸根-SO3-分離。這些帶電聚苯乙烯磺酸陰離子在蒸發器的最外層產生高化學勢，最終改變了鹽離子在主體鹽水和供水途徑之間的分布平衡。然后，除了主體水中已經存在的Na+陽離子外，更多的Na+陽離子沿著蒸發器骨架周圍的聚陰離子電解質聚苯乙烯磺酸鹽分布，最終抑制Cl-陰離子的運輸，從而抑制鹽的結晶，實現穩定高效的海水淡化。
針對太陽能蒸發器在實際海水淡化過程中鹽結晶問題，部分研究采用額外的物理方法除鹽，或通過調控鹽結晶區域對蒸發器性能的影響，但長期海水淡化性能依然較差。本研究巧妙地通過在SHiCF-GO倒圓錐蒸發器骨架表面沉積聚陰離子聚電解質，利用Donnan平衡從水運路徑抑制主體水中鹽離子向蒸發界面的輸運，避免在海水淡化過程中的鹽結晶。通過系統的實驗，驗證了其在模擬海水，實際海水以及戶外條件下的蒸發排鹽穩定性。為簡單、經濟地實現海水淡化并在其過程中保持蒸發性能的穩定提供了一種新思路。
