城建学院教师在材料科学领域国际顶级期刊《Advanced Materials》上发表重要研究成果
近日，城建学院吕凤勇副教授课题组在《Advanced Materials》(IF=27.4是一本备受瞩目的材料科学领域国际顶级期刊)上在线发表题为“Polyanionic Electrolyte Ionization Desalination Empowers Continuous Solar Evaporation Performance”的研究成果，该研究论文是以上海应用技术大学为第一单位，该研究针对太阳能蒸发器在实际海水淡化过程中盐晶体析出问题，利用聚阴离子电解质功能化策略，实现优异的均匀脱盐性能，证明了聚阴离子电解质功能化作为排盐策略对高性能太阳能海水淡化技术和其他技术的发展具有卓越的益处。吕凤勇副教授为论文第一作者、研究生苗洁、王忠禹、胡静教授和爱丁堡大学Daniel Orejon老师作为本文通讯作者。(https://doi.org/10.1002/adma.202410290)
采用合理的结构设计实现高效光吸收和水输送，不同输水策略对盐结晶的调控，利用Donnan平衡实现盐离子调控，聚阴离子电解质层利用了Donnan效应，其中固定的带电阴离子基团(如-SO3-和COO-)可以将反离子(如K+和/或Na+)限制在供水路径内。首先，浸泡在盐水中后，存在于聚阴离子电解质聚苯乙烯磺酸钠-SO3Na中的钠阳离子与聚苯乙烯磺酸根-SO3-分离。这些带电聚苯乙烯磺酸阴离子在蒸发器的最外层产生高化学势，最终改变了盐离子在主体盐水和供水途径之间的分布平衡。然后，除了主体水中已经存在的Na+阳离子外，更多的Na+阳离子沿着蒸发器骨架周围的聚阴离子电解质聚苯乙烯磺酸盐分布，最终抑制Cl-阴离子的运输，从而抑制盐的结晶，实现稳定高效的海水淡化。
图3防止盐结晶的聚电解质原理图及工作机制
针对太阳能蒸发器在实际海水淡化过程中盐结晶问题，部分研究采用额外的物理方法除盐，或通过调控盐结晶区域对蒸发器性能的影响，但长期海水淡化性能依然较差。本研究巧妙地通过在SHiCF-GO倒圆锥蒸发器骨架表面沉积聚阴离子聚电解质，利用Donnan平衡从水运路径抑制主体水中盐离子向蒸发界面的输运，避免在海水淡化过程中的盐结晶。通过系统的实验，验证了其在模拟海水，实际海水以及户外条件下的蒸发排盐稳定性。为简单、经济地实现海水淡化并在其过程中保持蒸发性能的稳定提供了一种新思路。
作者简介
吕凤勇，副教授，硕士生导师，现就职于上海应用技术大学能源与动力工程专业，博士毕业于上海交通大学，主要在太阳能光热界面蒸发、超疏水、超亲水和SLIPS表面上的流动、蒸汽冷凝及液滴动态行为机制方面进行研究。在Advanced Materials、Small、ACS Applied Materials & Interfaces、Advances in Colloid and Interface Science、Physics of Fluids、Applied Energy、International Journal of Heat and Mass Transfer、Energy Conversion and Management、Applied Thermal Engineering和Applied Surface Science等材料、能源和传热领域国际期刊上，发表与太阳能界面蒸发、超光滑表面冷凝换热及液滴动态行为过程相关的SCI研究论文18篇(包括Elsevier高被引论文1篇，1篇Advanced Materials，1篇Small)，所发表的学术论文被引用700多次，还担任国际学术期刊Physics of Fluids、Energy、International Journal of Heat and Mass Transfer和Applied Thermal Engineering等的学术审稿人。
苗洁，2024年硕士毕业于上海应用技术大学，研究方向为太阳能光热界面蒸发，目前在大连理工大学攻读博士学位。
王忠禹，上海应用技术大学硕士研究生，研究方向为太阳能光热界面蒸发领域。