近日，中国科学院上海应用物理研究所在利用高能射线辐照技术制备多功能水凝胶用于太阳能蒸汽发电-光催化降解-热电联产(SSG-PCD-TE)的三元耦合系统取得重要进展，相关成果“All-in-one photothermal hydrogel: Graphene@CuS with microchannels for fast evaporation ，water purification ，and heat reuse.”为题，发表在化工领域国际顶级期刊Chemical Engineering Journal，论文第一作者为上海应物所博士研究生林琳，通讯作者为应用化学部李吉豪副研究员和李林繁研究员。
全球淡水资源紧张，太阳能蒸汽发电(SSG)技术因其绿色、低能耗的特点，成为解决水资源短缺的重要方向。然而，传统的光热蒸发材料在高温、高盐或污染水体中易发生结构破坏、性能下降，且难以同时实现高效蒸发、污染物降解和余热利用，限制其实际应用。基于团队前期在石墨烯/银复合水凝胶(Chemical Engineering Journal ， 2023 ，147249)及石墨烯/MXene复合水凝胶(Desalination ，2025 ， 118657)方面的研究积累，本研究进一步开发出一种名为PG@CuSₓ的“一体化”多功能光热复合水凝胶。该材料以亲水性的聚丙烯酰胺(PAM)为三维网络骨架，整合了具有广谱光吸收能力的还原氧化石墨烯(rGO)和窄带隙半导体硫化铜(CuS)。以上海应物所的伽马射线辐照平台为基础，通过伽马射线辐照聚合与冷冻干燥技术，在常温常压下制备出具有垂直多孔微通道的多功能光热水凝胶。研究发现，该水凝胶具有以下特点：①高效光热蒸发：在标准太阳光强下蒸发速率达8.1 kg·m−2·h−1，通过调控可提升至28.7 kg·m−2·h−1，实现蒸发温度低于环境温度的“全冷蒸发”。②优异耐盐与净化能力：在高浓度盐水中连续光照16h无盐结晶，对海水盐分去除率超过99.9%，产水符合WHO饮用水标准。③污染物降解能力：可高效降解亚甲基蓝等有机污染物，实现“蒸发-净化”一体化。④热电联产功能：结合热电发电机可实现883 mV的电压输出，拓展了太阳能的多级利用途径。
该研究实现了太阳能蒸汽发电-光催化降解-热电联产(SSG-PCD-TE)的三元耦合系统，为解决太阳能丰富但淡水匮乏地区的饮水与能源问题提供了全新思路。
原文链接： https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.167997
