哈尔滨工业大学，4D打印水凝胶-吸附材料 | Advanced Materials

基于吸附的大气集水技术Atmospheric Water Harvesting (AWH) 是缓解全球淡水资源短缺的创新路径之一。然而，在快速动力学与超高吸水量之间存在权衡，这是设计吸附材料时，需面临的一项严峻挑战。

近日，哈尔滨工业大学Jianyong Yu, Fang Xie，冷劲松院士Jinsong Leng等在Advanced Materials上发文，通过分子尺度动态响应网络与宏观结构的协同设计，构建了一种4D打印双功能水凝胶。

该4D双功能水凝胶整合了热响应性聚合物thermoresponsive (PNIPAM) 与两性离子聚合物zwitterionic (PDMPAS) ，形成了动态响应网络，并负载聚吡咯polypyrrole (PPY)与氯化锂（LiCl），制备得到了4D TZG-PPY-LiCl材料。

利用空气-吸附剂界面加速吸湿动力学，在湿度刺激响应时，材料表现出了高溶胀率以捕获更多水分。在30%至90%相对湿度范围内，4D TZG-PPY-LiCl吸湿速率与吸水量，均达到块体TZG-PPY-LiCl两倍，表现出了1.62–6.85克/克的超高吸水量，优于当前最先进的吸附剂。

同时，4D TZG-PPY-LiCl优异的光热转换性能，在标准太阳光照下，发生了亲水至疏水转变并伴随结构收缩，从而促进水分快速释放。还进一步构建了4D TZG-PPY-LiCl大气集水装置，实现了连续淡水生产。这一突破，为吸附材料的开发提供了新思路。

4D-Printed Dual-Functional Hydrogels Breaking the Trade-Off Between Rapid Kinetics and Ultrahigh Water Uptake for Atmospheric Water Harvesting4D打印的双功能水凝胶，突破了快速动力学和超高吸水之间平衡，用于收集大气中的水。

图1 4D TZG-PPY-LiCl水捕获和释放机制示意图。

图2 4D TZG-PPy-LiCl合成与表征。

图3 溶胀比。

图4 吸湿动力学曲线。

图5 光热性能和太阳能驱动的水解吸。

图6 大气集水技术Atmospheric Water Harvesting，AWH双层装置示意图。