清洁水资源短缺是人类面临的主要威胁之一，随着全球人口的不断膨胀和工业化进程的加快，这一问题变得越来越严重。由于无处不在的绿色太阳能，通过太阳能光热产生蒸汽(SSG)进行海水淡化或生活污水净化是解决这一问题的有效手段。SSG是一种可持续的技术，它直接将太阳能转化为蒸发水的热量。作为SSG的关键组成部分，光热转换材料(光吸收体)受到了极大的关注。原则上，有前途的光热转换材料应该具有组合的优点，包括宽的光吸收、高的太阳热转换效率、高的亲水性、开放的多孔性、低密度和低热导率。为了满足这些要求，已经开发了各种光热转换材料，例如碳基材料、金属纳米颗粒、金属氧化物、天然生物材料、和聚合物吸收剂。
多孔有机聚合物固有的疏水性和有限的光吸收，特别是在近红外(NIR)区域，是阻碍其在太阳能蒸汽产生 (SSG)中应用的两个瓶颈。近日，吉林大学等单位的研究人员开发了一种基于1，4，5，8四(苯氨基)蒽-9，10-二酮(TPAD)的共价有机框架(COF) (TPAD-COF)，其特征在于超亲水性和宽的光吸收，覆盖了SSG从整个紫外/可见到近红外区域。TPAD-COF作为一种不含任何添加剂的高效光热转换材料，表现出1.42 kg/m2/h的出色水分蒸发,并且在1个太阳光强度照射下实现了94%的高能量转换效率。通过螯合BF2分子的合成后修饰，实现了TPAD基COF光吸收范围的进一步扩展。系统的控制实验和分析证实，光热转换材料的亲水性在当前用于SSG的TPAD基COFs中起着更为主导的作用。这项研究工作以“Superhydrophilic2D Covalent Organic Frameworks as Broadband Absorbers for Efficient Solar Steam Generation”为题发表在国际顶级期刊《 Angew . Chem. Int. Ed.》上。
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202201900
图1. 合成制备图
图2. 粉末X射线衍射(PXRD)测试
图3 照片(左)，a) TPAD-COF和b) TPAD-COF-BF2表面水接触角随时间的变化。c)不同膜的紫外/可见-红外吸收光谱。d)在1个太阳照射下COF膜的温度变化的循环测试。e)在太阳照射之前和之后不同COF膜的光热图像
图4 a)在一次阳光照射下，由不同膜覆盖的水的质量随时间的变化。b)通过与TPAD-COF组装的SSG装置脱盐前后海水中的离子浓度。虚线代表世界卫生组织饮用水标准。c)模拟污水(甲基橙(MO)和亚甲基蓝(MB)水溶液)在用与TPAD-COF组装的SSG装置处理之前和之后的UV/Vis吸收光谱
综上所述，作者制备了一种超亲水的TPAD-COF材料，它具有从整个紫外/可见到近红外区域的宽光吸收。值得注意的是，TPAD-COF被证明是一种有效的SSG光吸收器，具有1.42 kg/m2/h的高水分蒸发率，在一个太阳光强度照射下，太阳能转换效率为94%，优于大多数混合材料和木炭处理的持久性有机污染物。同时，通过螯合BF2分子，TPAD-COF-BF2观察到了亲水到疏水的转变，提高了光吸收。不同TPAD-COF之间的比较研究表明，在当前情况下，亲水性对SSG起更大的主导作用。这项工作展示了一种新的途径，通过整合近红外染料来构建高效的基于COF的光热转换材料用于光热水蒸发。（文：one end）
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