Adv. Mater.: 除湿新技术之吸水凝胶与催化反应

新加坡国立大学Swee Ching Tan设计了一种微型湿度消化器，它集成于吸水凝胶(Co hydrogel)、催化剂(BTO@MoS₂)和太阳能电池。水凝胶用于吸收空气中的湿气，然后将气态水转变为液态水并扩散至催化剂的表面；催化剂的功能是催化分解水产生氢气和氧气；太阳能电池的作用是给催化剂提供一定的偏压。该湿度消化器可以收集空气中的气态水和生活中低强度的太阳光，利用这些生活能源，达到降低周围湿度和产生氢气的目的。

【引言】

空气中存在大量的水分(约几克每立方米)，整个地球约含有1.29 × 10¹⁶kg的气态水。由于海洋、河流和森林等自然条件，地球上的总气态水含量基本保持不变。因此，开发气态水和生活中的太阳能已成为现今的一个热点话题。然而，这样的一项能源转换技术需要结合两种材料：1)开发具有超吸水性质的水凝胶，使之能在周围环境中吸收大量气态水，并形成可流动的液态水；2)开发具有高活性的阴/阳电极，使之能快速分解这些水，并产生氢气和氧气。

【结论】

1.该水凝胶可以吸收大量气态水，含水凝胶为粉色，脱水凝胶为蓝色。

2.40g 2m²水凝胶可以助26 m³办公室除湿，将相对湿度降低20%。

3.极化后的铁电催化剂可以有效地控制电极表面离子的吸附和载流子的传输。

4.该湿度消化器可以产生12.5 mAcm^-2的电流。

【图文导读】

图1

(a) 水凝胶的制备流程和物理形态

(b) 水凝胶的SEM图

(c) 水凝胶的元素mapping图

(d) 水凝胶的HRTEM图

(e) 水凝胶的TEM图和Fourier变换图

图2

(a) 水凝胶的吸水特性

(b) 室外空气湿度的变化图

(c) 室内空气湿度的变化

(d) 室内空气湿度变化的稳定性结果

图3

(a) BTO@MoS₂的制备流程

(b) BTO@MoS₂的SEM图

(c) BTO的KPFM图

(d) 极化后BTO的表面电势图

(e) BTO@MoS₂的TEM图

(f) MoS₂的STEM图

图4

(a) 阴极材料的析氢电流曲线

(b) 阳极材料的析氧电流曲线

(c) 分解空气水的稳定性测试

(d) 该器件产生的氢气和氧气

图5分解空气水的模型示意图

文章链接

L.Yang, L. Loh, D. K. Nandakumar, W. Lu, M. Gao, X. L. C. Wee, K. Zeng, M. Bosman, S. C. Tan. Sustainable Fuel Production from Ambient Moisture via Ferroelectrically Driven MoS₂Nanosheets

https://doi.org/10.1002/adma.202000971