文献分享419：具有持久限制毛细管作用的裂纹金属-酚醛网络可增强太阳能海水淡化

本期分享发表在Advanced Materials杂志上题目为“Cracked Metal–Phenolic Networks with Durable Confinement Capillarity for Enhanced Solar Desalination”的研究文章。

Part 1 文章简介

太阳能驱动的界面脱盐是解决淡水短缺问题的一种有前景的策略。通过在多孔光热材料内表面生成超薄水层，可以借助限制毛细管效应增强水的蒸发。然而，实现限制毛细管效应依赖于由聚集纳米球组成的涂层，而这些涂层在机械压缩下容易脱落，限制了其实际应用。本文，受自然启发的裂纹模式被引入到粘合性光热超分子材料——金属-酚醛网络涂层中，形成C-MPN，以实现持久的限制毛细管效应。裂纹模式可以控制，从而优化水在狭窄通道中的传输，将蒸发速率从1.6 kg m−2 h−1提高到3.3 kg m−2 h−1，同时防止海水淡化过程中盐分的积累。此外，裂纹充当了缓冲区，显著提高了C-MPN涂层在压缩状态下的机械稳定性（300次循环后变化几乎可以忽略不计），克服了阻碍限制毛细管效应实际应用的关键挑战。此外，由于C-MPN中增强的限制毛细管效应，即使光热材料尺寸增加，其高蒸发性能依然保持——这在3D光热材料中是罕见的特性。这项研究为设计具有限制毛细管效应的光热涂层提供了基础性的见解，为其在太阳能海水淡化中的应用铺平了道路。

‍ Part 2 主要图表

方案1是C-MPNs 的制备和性能示意图。a) 裂纹网络使变色龙皮肤具有柔韧性和抗弯曲性。b) 叶片中的管道网络确保水分在整个叶片中分布。c) 裂纹网络赋予 MPN 涂层柔韧性、抗弯曲性和水传输性能。d) C-MPN 涂层海绵（即 sponge@C-MPN）的制备示意图。e) C-MPN 的超亲水性和光热转换性能。f) C-MPN 促进的限制毛细管作用。g) 具有和不具有限制毛细管作用的光热材料中水分布示意图。h) C-MPN 可以承受反复压缩并在实际应用中保持稳定的限制毛细管作用。i) 压缩时 S-MPN 脱落并随之失去限制毛细管作用。 S-MPN（堆叠 MPN）代表对照组，由紧密堆积的 NP 组成的 MPN 涂层，无裂纹。

图1是C-MPNs 的制备和表征。a) TA 和 APTES 的化学结构。b) 通过两步工艺制备 sponge@MPNs（sponge@MPN NPs 和 sponge@C-MPNs）。c) 原始海绵、sponge@MPN NPs（[TA] = 2、4 和 12 mg mL⁻¹）和 sponge@C-MPNs（[TA] = 8 mg mL⁻¹）的 SEM 图像。比例尺为 5 µm。插图是相应海绵及其水接触角的照片。d) sponge@C-MPNs 的 EDX 映射。比例尺为 3 µm。e,f) 不同海绵的 O1s（e）和拉曼光谱（f）的曲线拟合。g) 代表性 C-MPN 横截面的 SEM 图像。 h) 纯水和海绵@C-MPNs的低场核磁共振（LF-NMR）T2弛豫光谱。i) C-MPNs中裂纹形成的拟议机制。

图2是裂纹对脱盐性能的影响。a) 在不同干燥温度（30、60 和 80 °C）下形成的裂纹的 SEM 图像。比例尺为 2 µm。b) 节点数和 c) 在不同干燥温度下获得的具有不同裂纹的 C-MPN 的紫外可见吸收光谱。d) 不同海绵@C-MPN 在一次太阳照射下的热红外图像和相关的温度变化。e) 3D 微型 CT 图像显示 C-MPN 上有一层薄水层。f) 具有不同裂纹的海绵@C-MPN 的高分辨率微型 CT 图像。比例尺为 100 µm。g) 显示在海绵@C-MPN 骨架上形成一层薄水层的示意图。h) 不同海绵骨架上水层的厚度。数据显示为平均值±标准差（SD，n = 4）。i) 不同海绵在蒸发过程中水层厚度的变化。 j）海绵@C-MPN30°C在一次太阳照射下蒸发6小时前后的微型CT图像。k）使用蒸发器在一次太阳照射下蒸发的水量随时间的变化。l）不同海绵在一次太阳照射下处理3.5 wt.% NaCl溶液6小时期间蒸发速率的变化。插图是脱盐后海绵的照片。

图3是C-MPN30°C 的抗压性。a,b) 使用 20 g 砝码压缩 500 次或 100 次循环之前和之后，涂有 C-MPN30°C (a) 或海绵@S-MPN (b) 的照片和 SEM 图像。比例尺为 10 µm。c,d) 示意图显示压缩前后 C-MPN30°C (c) 的稳定性和海绵@S-MPN (d) 的稳定性降低。e) 示意图显示海绵@C-MPN30°C 的稳定限制毛细管作用和压缩后海绵@S-MPN 的限制毛细管作用的损失。f) 压缩前后海绵@C-MPN30°C 和海绵@S-MPN 的水分蒸发速率。数据以平均值±SD（n=4）表示。

图4是C-MPN30°C的尺寸效应和户外性能。a）不同尺寸海绵@C-MPN30°C的照片。b）海绵@C-MPN30°C所用供水装置示意图。c）不同尺寸海绵@C-MPN30°C的水层厚度和蒸发速率。数据显示为平均值±SD（n=4）。d）海绵@C-MPN30°C对海水的长期蒸发性能。e）基于海绵@C-MPN30°C的蒸发器装置在户外海水淡化之前（左）和之后（右）的照片。f）不同环境温度和湿度下水蒸发的户外实验数据。g）海水淡化前后不同金属离子的浓度。

原文链接：https://doi.org/10.1002/adma.202503896

引用：Wang, Zhenxing, et al. "Cracked Metal–Phenolic Networks with Durable Confinement Capillarity for Enhanced Solar Desalination." Advanced Materials (2025).

欢迎各位科研人分享自己的研究工作，请将研究工作或自行拟好的推文发送到竹子学术邮箱，竹子学术邮箱为：zhuzixueshu@163.com。