本期分享發(fā)表在Advanced Materials雜志上題目為“Cracked Metal–Phenolic Networks with Durable Confinement Capillarity for Enhanced Solar Desalination”的研究文章。

Part 1 文章簡(jiǎn)介

太陽(yáng)能驅(qū)動(dòng)的界面脫鹽是解決淡水短缺問(wèn)題的一種有前景的策略。通過(guò)在多孔光熱材料內(nèi)表面生成超薄水層，可以借助限制毛細(xì)管效應(yīng)增強(qiáng)水的蒸發(fā)。然而，實(shí)現(xiàn)限制毛細(xì)管效應(yīng)依賴(lài)于由聚集納米球組成的涂層，而這些涂層在機(jī)械壓縮下容易脫落，限制了其實(shí)際應(yīng)用。本文，受自然啟發(fā)的裂紋模式被引入到粘合性光熱超分子材料——金屬-酚醛網(wǎng)絡(luò)涂層中，形成C-MPN，以實(shí)現(xiàn)持久的限制毛細(xì)管效應(yīng)。裂紋模式可以控制，從而優(yōu)化水在狹窄通道中的傳輸，將蒸發(fā)速率從1.6 kg m?2 h?1提高到3.3 kg m?2 h?1，同時(shí)防止海水淡化過(guò)程中鹽分的積累。此外，裂紋充當(dāng)了緩沖區(qū)，顯著提高了C-MPN涂層在壓縮狀態(tài)下的機(jī)械穩(wěn)定性（300次循環(huán)后變化幾乎可以忽略不計(jì)），克服了阻礙限制毛細(xì)管效應(yīng)實(shí)際應(yīng)用的關(guān)鍵挑戰(zhàn)。此外，由于C-MPN中增強(qiáng)的限制毛細(xì)管效應(yīng)，即使光熱材料尺寸增加，其高蒸發(fā)性能依然保持——這在3D光熱材料中是罕見(jiàn)的特性。這項(xiàng)研究為設(shè)計(jì)具有限制毛細(xì)管效應(yīng)的光熱涂層提供了基礎(chǔ)性的見(jiàn)解，為其在太陽(yáng)能海水淡化中的應(yīng)用鋪平了道路。

? Part 2 主要圖表

方案1是C-MPNs 的制備和性能示意圖。a) 裂紋網(wǎng)絡(luò)使變色龍皮膚具有柔韌性和抗彎曲性。b) 葉片中的管道網(wǎng)絡(luò)確保水分在整個(gè)葉片中分布。c) 裂紋網(wǎng)絡(luò)賦予 MPN 涂層柔韌性、抗彎曲性和水傳輸性能。d) C-MPN 涂層海綿（即 sponge@C-MPN）的制備示意圖。e) C-MPN 的超親水性和光熱轉(zhuǎn)換性能。f) C-MPN 促進(jìn)的限制毛細(xì)管作用。g) 具有和不具有限制毛細(xì)管作用的光熱材料中水分布示意圖。h) C-MPN 可以承受反復(fù)壓縮并在實(shí)際應(yīng)用中保持穩(wěn)定的限制毛細(xì)管作用。i) 壓縮時(shí) S-MPN 脫落并隨之失去限制毛細(xì)管作用。 S-MPN（堆疊 MPN）代表對(duì)照組，由緊密堆積的 NP 組成的 MPN 涂層，無(wú)裂紋。

圖1是C-MPNs 的制備和表征。a) TA 和 APTES 的化學(xué)結(jié)構(gòu)。b) 通過(guò)兩步工藝制備 sponge@MPNs（sponge@MPN NPs 和 sponge@C-MPNs）。c) 原始海綿、sponge@MPN NPs（[TA] = 2、4 和 12 mg mL?1）和 sponge@C-MPNs（[TA] = 8 mg mL?1）的 SEM 圖像。比例尺為 5 μm。插圖是相應(yīng)海綿及其水接觸角的照片。d) sponge@C-MPNs 的 EDX 映射。比例尺為 3 μm。e,f) 不同海綿的 O1s（e）和拉曼光譜（f）的曲線擬合。g) 代表性 C-MPN 橫截面的 SEM 圖像。 h) 純水和海綿@C-MPNs的低場(chǎng)核磁共振（LF-NMR）T2弛豫光譜。i) C-MPNs中裂紋形成的擬議機(jī)制。

圖2是裂紋對(duì)脫鹽性能的影響。a) 在不同干燥溫度（30、60 和 80 °C）下形成的裂紋的 SEM 圖像。比例尺為 2 μm。b) 節(jié)點(diǎn)數(shù)和 c) 在不同干燥溫度下獲得的具有不同裂紋的 C-MPN 的紫外可見(jiàn)吸收光譜。d) 不同海綿@C-MPN 在一次太陽(yáng)照射下的熱紅外圖像和相關(guān)的溫度變化。e) 3D 微型 CT 圖像顯示 C-MPN 上有一層薄水層。f) 具有不同裂紋的海綿@C-MPN 的高分辨率微型 CT 圖像。比例尺為 100 μm。g) 顯示在海綿@C-MPN 骨架上形成一層薄水層的示意圖。h) 不同海綿骨架上水層的厚度。數(shù)據(jù)顯示為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（SD，n = 4）。i) 不同海綿在蒸發(fā)過(guò)程中水層厚度的變化。 j）海綿@C-MPN30°C在一次太陽(yáng)照射下蒸發(fā)6小時(shí)前后的微型CT圖像。k）使用蒸發(fā)器在一次太陽(yáng)照射下蒸發(fā)的水量隨時(shí)間的變化。l）不同海綿在一次太陽(yáng)照射下處理3.5 wt.% NaCl溶液6小時(shí)期間蒸發(fā)速率的變化。插圖是脫鹽后海綿的照片。

圖3是C-MPN30°C 的抗壓性。a,b) 使用 20 g 砝碼壓縮 500 次或 100 次循環(huán)之前和之后，涂有 C-MPN30°C (a) 或海綿@S-MPN (b) 的照片和 SEM 圖像。比例尺為 10 μm。c,d) 示意圖顯示壓縮前后 C-MPN30°C (c) 的穩(wěn)定性和海綿@S-MPN (d) 的穩(wěn)定性降低。e) 示意圖顯示海綿@C-MPN30°C 的穩(wěn)定限制毛細(xì)管作用和壓縮后海綿@S-MPN 的限制毛細(xì)管作用的損失。f) 壓縮前后海綿@C-MPN30°C 和海綿@S-MPN 的水分蒸發(fā)速率。數(shù)據(jù)以平均值±SD（n=4）表示。

圖4是C-MPN30°C的尺寸效應(yīng)和戶(hù)外性能。a）不同尺寸海綿@C-MPN30°C的照片。b）海綿@C-MPN30°C所用供水裝置示意圖。c）不同尺寸海綿@C-MPN30°C的水層厚度和蒸發(fā)速率。數(shù)據(jù)顯示為平均值±SD（n=4）。d）海綿@C-MPN30°C對(duì)海水的長(zhǎng)期蒸發(fā)性能。e）基于海綿@C-MPN30°C的蒸發(fā)器裝置在戶(hù)外海水淡化之前（左）和之后（右）的照片。f）不同環(huán)境溫度和濕度下水蒸發(fā)的戶(hù)外實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。g）海水淡化前后不同金屬離子的濃度。

原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adma.202503896

引用：Wang, Zhenxing, et al. "Cracked Metal–Phenolic Networks with Durable Confinement Capillarity for Enhanced Solar Desalination." Advanced Materials (2025).

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