材料科学与工程微信公众号7月28日讯：在过去的几十年里，现代社会的快速发展和不断增长的人口导致全球淡水和清洁能源严重短缺。蒸馏产生的淡水纯度较高，但传统蒸馏法耗能大，迫切需要探索一条环保且经济高效的途径。受自然水文循环的启发，界面太阳能蒸汽发电 (SVG) 系统在使用取之不尽、用之不竭的太阳能且对环境影响最小的可持续淡水发电中引起了越来越多的关注。为了提高蒸发效率，人们努力通过加强整个太阳光谱中的光吸收和光热转换能力来开发高性能光热材料（例如等离子体纳米粒子、半导体和碳）。此外，水活化对于减少水蒸发（即蒸发焓）以加速蒸汽产生的大量能量需求至关重要。为了满足这些需求，杂交和后处理经常被采用应用，但直接设计有利于简化制备过程以获得更好的可扩展性和稳定性的光热材料具有挑战性，并且通常提供有限的太阳能驱动水蒸发率（<2 kg m-2 h-1 在 1 个太阳辐射下，粉末密度为 1 kW·m−2)。当前，在这一领域，挑战之一来自于设计具有强大光收集、光热转换和水活化能力的高性能光热材料。

来自南京工业大学的学者证明了离子共价有机框架（iCOF）的合理化可以同时满足这些多重要求，并且通过席夫碱化学在快速微波辅助溶剂热途径中使用亲水性染料分子番红T作为构建新的iCOF STTP离子积木。集成的染料相关离子部分极大地增强了从紫外-可见到红外区域的整个太阳光谱的光吸收率 (>97%)。框架离子部分提供强极化以降低激子解离能以增强光热效应，此外，促进充分的水活化以降低水蒸发焓。因此，STTP 驱动的太阳能水蒸发器提供了 3.55 kg h−1 m−2的快速水蒸发率和 95.8% 的高太阳能蒸汽效率。这项研究强调了设计用于光热应用的 iCOF 材料的潜力。相关文章以“Ionic Dye Based Covalent Organic Frameworks for Photothermal Water Evaporation”标题发表在Advanced Functional Materials。

论文链接：https://doi.org/10.1002/adfm.202213810

图 1. 促进光热水蒸发的多功能 iCOF。a) 基于iCOF的界面光热水蒸发系统示意图。b,c) 离子位点起到 b) 激子和c) 水态调节的作用。

总之，在快速微波辅助溶剂热合成路线中，本研究通过染料基离子单体和中性连接体的直接缩合，合成了一种具有跨越全太阳光谱的强光捕获能力的 iCOF。集成的基于染料的离子部分不仅增强了光吸收和光热转换效率，而且通过提供与水分子的强相互作用显着促进了水的活化。源自离子部分的极化降低了激子解离能，从而抑制了非热发射以获得更好的光热效率。由于这些独特的优势，这种简单合成的 iCOF 在太阳能蒸汽生成中用作高性能光热材料，表现出快速的水蒸发速率和高太阳能蒸汽效率。这项工作通过在分子水平上调制 iCOF 矩阵，为有效光热材料在太阳能水蒸发中的潜在应用开辟了一条新途径。（文：SSC）

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