Ein molekular konstruiertes zwitterionisches Hydrogel mit verstärktem Anti-Polyelektrolyt-Effekt: von der Hochgeschwindigkeits-Solarentsalzung zur effizienten Stromerzeugung

Zusammenfassung: Polyzwitterionisches Hydrogel ist ein aufstrebendes Material für die solarbetriebene Wasserverdampfung in salzhaltiger Umgebung aufgrund seines speziellen Anti-Polyelektrolyt-Effekts, der einen vielversprechenden Ansatz zur Co-Generierung von Frischwasser und Elektrizität darstellt. Dennoch bleibt der molekulare Einfluss auf den Anti-Polyelektrolyt-Effekt unklar, ganz zu schweigen von der Optimierung der zwitterionischen Struktur zur Förderung der Verdampfungseffizienz in hochsalzhaltiger Sole. Hier wird ein molekular konstruiertes zwitterionisches Hydrogel entwickelt, und das integrierte Phenyl-Methylen-Imidazol-Motiv verbessert wesentlich die Salzbindungsfähigkeit und verstärkt den Anti-Polyelektrolyt-Effekt, was zu erhöhter Hydratation, verbesserter Salzverträglichkeit, ultra-niedriger Verdampfungsenthalpie (fast die Hälfte des traditionellen zwitterionischen Gels) und langlebiger antimikrobieller Fähigkeit in Sole führt. Darüber hinaus wird ein gradientsolar-thermales Netzwerk durchdrungen, um den Wassertransportkanal und die Wärmehaltung zu optimieren. Das Gel zeigt eine ausgezeichnete Verdampfungsrate von 3,17 kg m −2 h −1 in Meerwasser, was 1,6 Mal so hoch ist wie in Wasser, und diese hohe Effizienz kann während 8 Stunden kontinuierlicher Entsalzung aufrechterhalten werden, was eine herausragende Salzverträglichkeit belegt. Der hohe Fluss des Ionenstroms kann gleichzeitig eine beträchtliche Spannung (321,3 mV) erzeugen. Diese Arbeit wird neue Einblicke in das Verständnis des Anti-Polyelektrolyt-Effekts auf molekularer Ebene bringen und das Materialdesign für die Verdampfung salzhaltigen Wassers fördern.