水凝膠是一種具有豐富官能團、三維互通多孔結構和大的比表面積優勢的高分子材料，近年來被廣泛應用于太陽能界面蒸發領域。在太陽能界面蒸發系統中將多孔水凝膠與高效光熱材料相結合，有望增強光熱轉換，降低蒸發焓，促進水的傳輸。新疆大學劉雄團隊在水凝膠基太陽能界面蒸發領域取得了一系列研究成果，相關論文發表于Nano Energy, Small, Chem. Eng. J.上，工作總結如下：

【Nano Energy】

利用殼聚糖（CS）作為網絡結構，與含有可電離磺酸基（-SO3-）的聚電解質和PAM互穿，形成聚陰離子電解質水凝膠。分別研究不同種類磺酸鈉單體（2-丙烯酰胺基-2-甲基-1-丙磺酸鈉（NaAMPS），乙烯基磺酸鈉（VBS），烯丙基磺酸鈉（ALS）或者聚苯乙烯磺酸鈉（PSS））和不同單體含量對鹽水中蒸發速率的影響。結果表明，隨著水凝膠固定在供水層中的反離子Na+含量的升高，水凝膠的抗鹽能力呈現增高的趨勢。在20 wt% NaCl溶液中，NaAMPS 含量占總單體量為10%的水凝膠展示出2.23 kg m-2 h-1的蒸發率和98%的蒸發效率。借助于Ti3C2TX優異的光熱轉換能力，水凝膠與發電片組裝的TEG裝置在1 kW m-2輻照下短路電流（Isc）數值可達15.2 mA，最大輸出功率密度可達0.37 W m-2。

其成果以題為“ Hydrogel solar evaporator with a sodium sulfonate electrolyte backbone enabling continuous high-salinity desalination and energy generation“在國際知名期刊Nano Energy上發表。本文第一作者為荊鑫瑜，通訊作者為劉雄和劉芳菲副教授，通訊單位為新疆大學。

【Small】

采用靜電吸引法制備CQDs/Ti3C2TX復合光熱材料，并將CQDs/Ti3C2TX引入到羧甲基纖維素鈉/聚丙烯酰胺（CMC/PAM）網絡中，制備用于高效太陽能水蒸發和溫差發電（TEG）的多功能水凝膠。利用紫外-可見-近紅外（UV-Vis-NIR）方法研究CQDs與Ti3C2TX的光熱協同作用。在1 min內，CQDs/Ti3C2TX光熱材料的表面溫度升至90.7 ℃。在15 min內，復合水凝膠的表面溫度升至40.2 ℃，且其展示出1.93 kg m-2 h-1的蒸發率和84%的蒸發效率。將該水凝膠作為光熱轉換模塊與溫差發電模塊進行組合，該裝置在1太陽光（1 kW m-2）照射下的最大開路電壓（Voc）值為124.5 mV，最大輸出功率密度為 230.7 mW m-2。

其成果以題為“ Synergistic Effect Between 0D CQDs and 2D MXene to Enhance the Photothermal Conversion of Hydrogel Evaporators for Efficient Solar Water Evaporation, Photothermal Sensing and Electricity Generation“在國際知名期刊Small上發表。本文第一作者為荊鑫瑜，通訊作者為劉雄和劉芳菲副教授，通訊單位為新疆大學。

【Chem. Eng. J.】

水資源短缺迫使人們開發高效的水凈化技術。太陽能驅動的界面蒸發技術可通過利用太陽能生產清潔水來緩解全球水危機。開發高性能材料有助于提高光熱轉換效率。水凝膠具有良好的吸水性、保水性和水傳輸性，已成為太陽能驅動水凈化的高效的材料平臺。水凝膠結構的合理設計可以降低傳熱過程中的熱量損失，提高光熱轉換效率。該成果總結了基于水凝膠的太陽能蒸發器的最新進展。水凝膠材料通常通過化學或物理交聯來制備。還強調了提高水蒸發效率的策略，主要涉及蒸發焓的降低、界面的光熱管理、高度互連的孔結構和抗鹽性。將水凝膠與光熱材料（包括碳基材料、高分子材料、半導體材料、等離子體材料和雜化材料）結合，制備水凝膠基太陽能蒸發器。最后，討論了基于水凝膠的太陽能蒸發器用于水凈化的挑戰。

其成果以題為“ Hydrogels as promising platforms for solar-driven water evaporators“在國際知名期刊Chem. Eng. J.上發表。本文第一作者為荊鑫瑜，通訊作者為劉雄和劉芳菲副教授，通訊單位為新疆大學。

【文獻鏈接】

[1]Xinyu Jing, Fangfei Liu*, Yancai Li, Lizhi Chen, Mengyao Su, Tursun Abdiryim, Feng Xu, Jiangan You, Yun Tan, Xiong Liu*, Hydrogel solar evaporator with a sodium sulfonate electrolyte backbone enabling continuous high-salinity desalination and energy generation, Nano Energy 142 (2025) 111182.

https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2025.111182

[2]Xinyu Jing, Lizhi Chen, Yancai Li, Hongyan Yin, Jiaying Chen, Mengyao Su, Fangfei Liu,* Tursun Abdiryim, Feng Xu, Jiangan You, and Xiong Liu*, Synergistic Effect Between 0D CQDs and 2D MXene to Enhance the Photothermal Conversion of Hydrogel Evaporators for Efficient Solar Water Evaporation, Photothermal Sensing and Electricity Generation, Small 2024, 2405587.

https://doi.org/10.1002/smll.202405587

[3]Xinyu Jing, Fangfei Liu*, Tursun Abdiryim, Xiong Liu*, Hydrogels as promising platforms for solar-driven water evaporators, Chemical Engineering Journal 479 (2024) 147519.

https://doi.org/10.1016/j.cej.2023.147519

【團隊介紹】

劉雄：新疆大學，副教授，碩導，1991年出生。學習經歷：2010.09-2014.06 武漢理工大學（本）；2016.09-2021.06 四川大學（碩博連讀）。研究方向：水凝膠的制備及在能源、催化、環境等領域的應用。至今以第一/通訊作者在Prog. Polym. Sci., Coord. Chem. Rev., Energy Storage Mater., Nano Energy, Adv. Compos. Hybrid Mater., Small, Chem. Eng. J., ACS Materials Lett., ACS Appl. Mater. Interfaces, Carbohydr. Polym., Mater. Today Phys.等刊物上發表SCI收錄論文40余篇，高被引論文5篇，論文被引用2500余次，H指數26。

來源：高分子科技