Design of poly(3,4-ethylenedioxythiophene): polystyrene sulfonate-polyacrylamide dual network hydrogel for long-term stable, highly efficient solar steam generation

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作者
Qi Zhao,Zhixin Wu,Xinye Xu,Ruping Yang,Hude Ma,Qiaoli Xu,Kaiyue Zhang,Mengmeng Zhang,Jingkun Xu,Baoyang Lu
出处
期刊:Separation and Purification Technology [Elsevier]
卷期号:300: 121889-121889 被引量:33
标识
DOI:10.1016/j.seppur.2022.121889
摘要

Photothermal materials have attracted significant interests for interfacial solar steam generation towards desalination or sewage purification. However, despite recent encouraging progress, the development of long-term stable photothermal materials with high overall performance is still one of the major hurdles to realize scalable practical usage. Herein, we develop a dual network hydrogel of poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate (PEDOT:PSS) and polyacrylamide (PAAm) for interfacial solar steam generation via one-step radical polymerization and chemical cross-linking of acrylamide within viscous PEDOT:PSS nanofibril dispersion. As-obtained PEDOT:PSS-PAAm hydrogel exhibits a unique combination of advantageous evaporation performances including excellent sunlight absorption (∼99.8%), fast steam generation rate (2.15 kg m-2 h-1), and high energy efficiency (∼97.2%), comparable to the state-of-the-art photothermal materials. Furthermore, the PEDOT:PSS-PAAm hydrogel also displays fascinating mechanical properties like softness (Young’s modulus: 38 ∼ 86 kPa), stretchability (fracture strain: >80%), and nice mechanical stability against varying deformations, guaranteeing its potential usage in harsh practical application environment. Toward real water purification applications, such a hydrogel is demonstrated to possess excellent long-term stability with an average energy efficiency of 94.8% and anti-salt-fouling properties against 30-day continuous outdoor exposure, superior to most previously reported photothermal materials. We further demonstrate PEDOT:PSS-PAAm hydrogel-integrated solar steam generator for practical desalination and sewage purification, and the generated water can reach the WHO drinking water standards for metal cations/organic pollutants.
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