高分子科学前沿9月21日讯：海水蒸发是一个自然而持续的过程，这一过程不仅在地球的水循环中发挥着关键作用，还储存着大量的太阳能。为了利用普遍存在的蒸发过程同时进行可持续的能源生产和水净化，水伏发电和光热蒸发技术成为了研究的热点。前者利用蒸发界面产生的微水流推动发电，而后者则利用材料的光热效应促进水蒸发产出清洁水，两者在理论上可以集成，相互促进。然而，当前水伏发电与光热蒸发结合的材料体系比较有限，且缺乏同时在流体行为和电荷转移两方面进行协同促进的理论机制，难以达到真正的性能耦合与提升。

针对上述局限性，深圳大学王元丰团队在本研究中开发了一种基于聚吡咯包覆二氧化钛纳米管（PPy@TiO2NTs）的材料集成系统，该系统旨在实现太阳能驱动的电力和清洁水的联合生产。该系统的主要工作原理包括通过水伏发电效应进行电力生产，以及通过光热蒸发和光催化的双重机制来生产清洁水（如图1A所示）。PPy@TiO2NTs的管状结构显著增加了水流与材料界面的接触面积，并提升了流速，从而产生了更多的双电层（EDL），同时延缓了热量散失，并提供了丰富的催化活性位点。另一方面， PPy@TiO2NT界面强大的分子相互作用以及吸附性和极性的提升也促进了电荷的有效转移。因此，PPy@TiO2NT体系展现出了卓越的水伏发电和净水生产性能。 

图 1. A) 基于 PPy@TiO2NTs 的太阳能驱动的电力和清洁水联合生产。B) 通过同轴静电纺丝技术和自聚合策略制备 PPy@TiO2NT。

该研究以题为“Polypyrrole@TiO2 Composite Nanotube System with Enhanced Capillary Fluid and Charge Transfer for High-Current Hydrovoltaic Energy Generation and Seawater Purification.”的论文发表在《Advanced Functional Materials》上。

小结

作者通过同轴静电纺丝、煅烧和原位自聚合，开发出一种基于PPy@TiO2NTs的高度集成系统，该系统可同时在太阳能驱动下联合生产电力和清洁水。其主要机理包括通过水伏发电产生电能和通过SWE及光催化产生净水。利用PPy@TiO2NTs的管状微结构、材料特性和协同增强效应，该系统在发电和净水方面的整体性能得到了显著提升。（本刊有删节）详情见高分子科学前沿微信公众号