Confined Shape-Morphing and Dual Hydration Modes for Efficient Solar Steam Generation

变形 蒸发器 自愈水凝胶 蒸发 材料科学 多孔性 毛细管作用 化学工程 复合材料 纳米技术 机械工程 计算机科学 热力学 工程类 高分子化学 热交换器 物理 计算机视觉
作者
Yinghua Qiu,Zirui Zhou,Congyang Zhang,Feng Jiang,Qiao Zhang,Jinxing Chen
出处
期刊:ACS energy letters [American Chemical Society]
卷期号:7 (10): 3476-3483 被引量:45
标识
DOI:10.1021/acsenergylett.2c01700
摘要

Hydrogels are ideal substrates for interfacial solar steam evaporation because of their tunable water evaporation enthalpy. However, conventional hydrogel-based evaporators suffer from severe shape-morphing and slow water transportation dominated by osmotic hydration. Inspired by the space-confined effect in plant cell walls, we propose to construct a 3D skeleton-supported hydrogel evaporator, which can develop against its shape deformation by meshing the bulk hydrogel into many confined microspaces, resulting in an interconnected porous structure. Benefiting from the unique porous architecture, the dual capillary–osmosis water supply modes are achieved to overcome the slow osmotic hydration in conventional hydrogels. With componential and structural optimization, the hydrogel evaporator presents an evaporation rate of 3.0 kg·m–2·h–1 under 1-sun irradiation with an energy efficiency of 90%, which can even be maintained under 8-sun illumination due to the sufficient water supply. This structural design paves the way for feasible hydrogel evaporators' applications in water purification.
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