顶刊汇总！新疆大学刘雄团队研究成果：水凝胶材料在太阳能界面蒸发领域的研究！

水凝胶是一种具有丰富官能团、三维互通多孔结构和大的比表面积优势的高分子材料，近年来被广泛应用于太阳能界面蒸发领域。在太阳能界面蒸发系统中将多孔水凝胶与高效光热材料相结合，有望增强光热转换，降低蒸发焓，促进水的传输。新疆大学刘雄团队在水凝胶基太阳能界面蒸发领域取得了一系列研究成果，相关论文发表于Nano Energy, Small, Chem. Eng. J.上，工作总结如下：

【Nano Energy】

利用壳聚糖（CS）作为网络结构，与含有可电离磺酸基（-SO3-）的聚电解质和PAM互穿，形成聚阴离子电解质水凝胶。分别研究不同种类磺酸钠单体（2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸钠（NaAMPS），乙烯基磺酸钠（VBS），烯丙基磺酸钠（ALS）或者聚苯乙烯磺酸钠（PSS））和不同单体含量对盐水中蒸发速率的影响。结果表明，随着水凝胶固定在供水层中的反离子Na+含量的升高，水凝胶的抗盐能力呈现增高的趋势。在20 wt% NaCl溶液中，NaAMPS 含量占总单体量为10%的水凝胶展示出2.23 kg m-2 h-1的蒸发率和98%的蒸发效率。借助于Ti3C2TX优异的光热转换能力，水凝胶与发电片组装的TEG装置在1 kW m-2辐照下短路电流（Isc）数值可达15.2 mA，最大输出功率密度可达0.37 W m-2。

其成果以题为“ Hydrogel solar evaporator with a sodium sulfonate electrolyte backbone enabling continuous high-salinity desalination and energy generation“在国际知名期刊Nano Energy上发表。本文第一作者为荆鑫瑜，通讯作者为刘雄和刘芳菲副教授，通讯单位为新疆大学。

【Small】

采用静电吸引法制备CQDs/Ti3C2TX复合光热材料，并将CQDs/Ti3C2TX引入到羧甲基纤维素钠/聚丙烯酰胺（CMC/PAM）网络中，制备用于高效太阳能水蒸发和温差发电（TEG）的多功能水凝胶。利用紫外-可见-近红外（UV-Vis-NIR）方法研究CQDs与Ti3C2TX的光热协同作用。在1 min内，CQDs/Ti3C2TX光热材料的表面温度升至90.7 ℃。在15 min内，复合水凝胶的表面温度升至40.2 ℃，且其展示出1.93 kg m-2 h-1的蒸发率和84%的蒸发效率。将该水凝胶作为光热转换模块与温差发电模块进行组合，该装置在1太阳光（1 kW m-2）照射下的最大开路电压（Voc）值为124.5 mV，最大输出功率密度为 230.7 mW m-2。

其成果以题为“ Synergistic Effect Between 0D CQDs and 2D MXene to Enhance the Photothermal Conversion of Hydrogel Evaporators for Efficient Solar Water Evaporation, Photothermal Sensing and Electricity Generation“在国际知名期刊Small上发表。本文第一作者为荆鑫瑜，通讯作者为刘雄和刘芳菲副教授，通讯单位为新疆大学。

【Chem. Eng. J.】

水资源短缺迫使人们开发高效的水净化技术。太阳能驱动的界面蒸发技术可通过利用太阳能生产清洁水来缓解全球水危机。开发高性能材料有助于提高光热转换效率。水凝胶具有良好的吸水性、保水性和水传输性，已成为太阳能驱动水净化的高效的材料平台。水凝胶结构的合理设计可以降低传热过程中的热量损失，提高光热转换效率。该成果总结了基于水凝胶的太阳能蒸发器的最新进展。水凝胶材料通常通过化学或物理交联来制备。还强调了提高水蒸发效率的策略，主要涉及蒸发焓的降低、界面的光热管理、高度互连的孔结构和抗盐性。将水凝胶与光热材料（包括碳基材料、高分子材料、半导体材料、等离子体材料和杂化材料）结合，制备水凝胶基太阳能蒸发器。最后，讨论了基于水凝胶的太阳能蒸发器用于水净化的挑战。

其成果以题为“ Hydrogels as promising platforms for solar-driven water evaporators“在国际知名期刊Chem. Eng. J.上发表。本文第一作者为荆鑫瑜，通讯作者为刘雄和刘芳菲副教授，通讯单位为新疆大学。

【文献链接】

[1]Xinyu Jing, Fangfei Liu*, Yancai Li, Lizhi Chen, Mengyao Su, Tursun Abdiryim, Feng Xu, Jiangan You, Yun Tan, Xiong Liu*, Hydrogel solar evaporator with a sodium sulfonate electrolyte backbone enabling continuous high-salinity desalination and energy generation, Nano Energy 142 (2025) 111182.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111182

[2]Xinyu Jing, Lizhi Chen, Yancai Li, Hongyan Yin, Jiaying Chen, Mengyao Su, Fangfei Liu,* Tursun Abdiryim, Feng Xu, Jiangan You, and Xiong Liu*, Synergistic Effect Between 0D CQDs and 2D MXene to Enhance the Photothermal Conversion of Hydrogel Evaporators for Efficient Solar Water Evaporation, Photothermal Sensing and Electricity Generation, Small 2024, 2405587.

https://doi.org/10.1002/smll.202405587

[3]Xinyu Jing, Fangfei Liu*, Tursun Abdiryim, Xiong Liu*, Hydrogels as promising platforms for solar-driven water evaporators, Chemical Engineering Journal 479 (2024) 147519.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147519

【团队介绍】

刘雄：新疆大学，副教授，硕导，1991年出生。学习经历：2010.09-2014.06 武汉理工大学（本）；2016.09-2021.06 四川大学（硕博连读）。研究方向：水凝胶的制备及在能源、催化、环境等领域的应用。至今以第一/通讯作者在Prog. Polym. Sci., Coord. Chem. Rev., Energy Storage Mater., Nano Energy, Adv. Compos. Hybrid Mater., Small, Chem. Eng. J., ACS Materials Lett., ACS Appl. Mater. Interfaces, Carbohydr. Polym., Mater. Today Phys.等刊物上发表SCI收录论文40余篇，高被引论文5篇，论文被引用2500余次，H指数26。

来源：高分子科技