共价有机框架气凝胶的侧基工程与光热涂层布局调控及其太阳能海水淡化性能研究

　　为解决太阳能海水淡化中水蒸发焓高、光热转换效率低等瓶颈问题，研究人员通过侧基工程调控共价有机框架(COF)气凝胶的亲水性并降低蒸发焓，结合MOF/MXene复合光热涂层的多级结构设计，开发出蒸发速率达2.67 kg m?2 h?1 、光热效率94%的 bilayer COF 气凝胶蒸发器，为功能性多孔材料的结构设计提供了新思路。

　　

全球淡水资源短缺与能源危机日益严峻，太阳能海水淡化技术因其绿色可持续特性成为研究热点。然而，现有系统面临两大瓶颈：一是水的高蒸发焓（~2460 kJ kg^?1
）导致能量转换效率低下，二是传统光热材料难以协同优化水传输、光吸收与结构稳定性。共价有机框架(COF)材料因其可设计的π共轭结构和多孔特性被视为潜力候选，但粉末或薄膜形态存在易团聚、加工性差等问题，制约其实际应用。

扬州大学的研究团队在《Journal of Colloid and Interface Science》发表研究，提出通过"自下而上"策略构建具有多级通道结构的 monolithic COF 气凝胶蒸发器。研究采用四种含不同侧基（–H、–CH₃
、–OH、–OCH₃
）的二胺单体合成COF骨架，结合定向冷冻和MOF-74/MXene复合涂层技术，实现了材料亲水性、光热性能与孔道结构的协同调控。

关键技术包括：1）侧基工程调控COF骨架亲水性；2）定向冷冻构建取向孔道；3）MOF/MXene摩尔比优化光热涂层；4）多尺度结构表征与蒸发性能测试。研究使用含羟基二胺构建的COF气凝胶（MOF/MXene摩尔比1/2）表现出最优性能。

材料与表征
通过红外光谱和X射线衍射证实β-酮烯胺型COF的成功合成，含氧侧基（–OH、–OCH₃
）显著提升材料亲水性，接触角测试显示羟基化样品亲水性最强。

多级结构构建
定向冷冻形成的垂直排列孔道（直径20-50 μm）加速水传输，MOF/MXene涂层表面粗糙度使宽带光吸收率达95.3%（250-2500 nm），涂层内通道有效减少盐沉积。

蒸发性能
羟基化COF气凝胶因最低蒸发焓（实测值较纯水降低38%）和最优光热转换，在1 sun照射下实现2.67 kg m^?2
h^?1
蒸发速率，且能在高盐度（10 wt% NaCl）和污染物（重金属/染料）共存条件下稳定工作。

结论与意义
该研究首次将β-酮烯胺型COF monolithic材料应用于太阳能淡化领域，通过分子设计与多级结构构筑的协同策略，突破了传统复合材料的性能限制。所开发的COF气凝胶兼具高效水传输（取向孔道）、低蒸发焓（侧基调控）和广谱光吸收（MOF/MXene涂层）特性，为功能性多孔材料的"结构-性能"精准调控提供了范式。其多模式工作能力（淡化-吸附协同）在复杂水质处理中展现出独特优势，对推动海水淡化技术的实用化具有重要意义。