北航郑咏梅教授ACS Nano：新型仿生光热气凝胶实现高效大气水收集

主要观点总结

本文报道了一种具有微细胞和微纳米通道的仿生光热气凝胶，用于高效大气水收集。该气凝胶由空心MIL-101、醋酸纤维素纳米纤维、海藻酸钠和聚吡咯为原料制备，具有高比表面积和亲水位点。实验表明，其吸水容量高，光热转换效率高，结构稳定性好。户外测试中展现出优异的应用潜力，可实际应用在干旱地区、野外作业等场景下的可持续水资源供应。

关键观点总结

关键观点1: 研究背景

全球水资源短缺问题日益严峻，大气水收集技术被视为解决淡水危机的重要途径之一。然而，传统的露水收集和雾收集方法受限于气候和地理条件，吸附式大气水收集技术虽适用范围广，却面临能耗高、材料易聚集、脱附效率低等问题。

关键观点2: 研究方法

北京航空航天大学郑咏梅教授课题组受针叶树木质部多通道结构的启发，成功设计出一种具有微细胞和微纳米通道的仿生光热气凝胶，用于高效大气水收集。该气凝胶采用定向冷冻干燥和钙离子交联技术制备。

关键观点3: 材料特性

该气凝胶具有超轻特性，可立于叶片之上，还能通过稳定的交联网络塑造成多种形状。其顶部呈蜂窝状多孔结构，孔径约为100–300微米，侧视图则展现出各向异性的层状通道，间隙在100–500微米之间。空心MIL-101颗粒均匀分布在通道壁面，作为亲水位点有效捕获水分子。

关键观点4: 性能表现

实验表明，该气凝胶在40%相对湿度下吸水容量达0.73 g g⁻¹，在1太阳光强照射下5分钟内表面温度升至约85°C，40分钟内可实现约75%的水释放。户外测试中，材料日吸水量达7.84 L kg⁻¹，经过9次循环后实际集水量为5.49 L kg⁻¹。

关键观点5: 研究成果的意义

这项研究通过仿生设计构建出具有微细胞与微纳米通道的光热气凝胶，实现了在大气水收集方面的高效吸附、快速脱附与循环稳定性。为未来可持续水资源供应提供了可行的技术路径。