文献快讯：EES 太阳能驱动PEO分子锁锂策略海绵，实现高效大气集水

【成果掠影 & 研究背景】

全球约40亿人面临严重水资源短缺，大气集水技术（SAWH）因其环境兼容性和低能耗特性，成为缓解干旱地区供水危机的关键方案。氯化锂（LiCl）作为高效吸湿盐，因与基材结合力弱，长期存在锂离子泄漏问题，导致系统效率急剧下降（5次循环后性能衰减50%）。本文提出一种分子锁锂策略——通过将聚环氧乙烷（PEO）引入生物质海绵（BS）基材，构建"超锁锂海绵"（ultra-sponge）。PEO的醚键氧原子通过多齿配位与锂离子形成强结合（结合能-78.77 kJ·mol⁻¹，比水分子高50%），显著抑制泄漏。实验结果验证：该材料在25°C、70%相对湿度下，初始吸水率达1.82 g·g⁻¹，100次循环后仍保持1.75 g·g⁻¹（衰减仅4%），导电率几乎无变化。户外应用中，其太阳能驱动脱附装置单日产水26.7 g，农业灌溉节水率达43.2%，为干旱地区提供可持续水源方案。

【创新点 & 图文摘要】

创新点：

• 分子锁锂机制：PEO醚键氧原子与锂离子形成强配位结合（结合能提升50%），分子力学模拟证实其抑制离子迁移（体系势能骤降，均方位移趋近零）。

• 双重工作模式：日间太阳能驱动脱附（光吸收率95%），夜间吸湿模式，30%–70%湿度自适应运行。

• 高透性结构设计：海绵孔隙率（孔径~1 mm）保证73100 mm·s⁻¹空气通透性，加速水分子扩散动力学（吸水速率8.93 mg·min⁻¹）。

• 工业级可扩展制造：溶液浸渍-挤压工艺实现低成本量产（断裂强度>100 N），大尺寸样品直径达25 cm。

• 农业灌溉集成：收集水直接灌溉菠菜、生菜等作物，13天生长期植株高度超5 cm，验证水质安全性。

• 抗盐沉积性能：XPS/FITR证实PEO-LiCl配位改变氧电子环境（O1s峰单峰化），循环后无盐结晶阻塞孔隙。

Fig. 1：基于吸附的大气集水中锂泄漏示意图

Fig. 2：两个系统分子力学模拟验证锂稳定性

Fig. 3：超锁锂海绵的太阳能驱动双模式工作机制

Fig. 4：超锁锂海绵制备与表征

Fig. 5：户外应用与农业灌溉效果验证

【总结 & 原文链接】

本研究提出的分子锁锂策略通过PEO与锂离子强配位作用，彻底解决SAWH系统中锂泄漏问题，实现了循环稳定性与高效水吸附性能的统一。超锁锂海绵在100次循环后吸水率仍保持1.75 g·g⁻¹，户外连续运行一个月无性能衰减，太阳能驱动脱附率可达13 g·h⁻¹（上海实测）。其模块化设备成功集成至农业灌溉系统，利用大气水种植蔬菜并节约43.2%灌溉用水。通过分子动力学模拟、材料表征（XPS、XRD）及实际应用验证，该工作为新一代气候适应性集水材料设计提供突破性思路。未来研究将聚焦于吸附剂再生能耗优化及极端干旱环境适应性。

原文链接: https://doi.org/10.1039/d5ee02335a

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