隨著人口的持續(xù)增長(zhǎng)以及水污染的日益嚴(yán)重，淡水資源的短缺已成為一個(gè)備受關(guān)注的問題。與此同時(shí)，工業(yè)化的加速導(dǎo)致了能源需求的急劇增。太陽能被認(rèn)為是一種資源豐富且可再生的清潔能源。太陽能界面水蒸發(fā)技術(shù)是指通過光熱材料將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，將熱量集中在氣液界面以實(shí)現(xiàn)快速蒸汽釋放。太陽能界面水蒸發(fā)顯著提高了能源利用效率，并最大限度地減少了光熱材料與水之間界面的熱損。近年來，太陽能界面蒸發(fā)與發(fā)電的結(jié)合引起了極大的關(guān)注。將界面光熱轉(zhuǎn)換與水蒸發(fā)發(fā)電集成到雙功能蒸發(fā)器中，通過雙功能太陽能蒸發(fā)器同時(shí)實(shí)現(xiàn)淡水生產(chǎn)和發(fā)電是一種緩解淡水資源和電力資源需求的理想解決方案更為解決水能雙重危機(jī)提供了創(chuàng)新思路。此前已有研究采用羰基化單壁碳納米管復(fù)合膜、羧基化碳納米管水凝膠等實(shí)現(xiàn)耦合發(fā)電，在海水中分別實(shí)現(xiàn)了1.77 kg·m?2·h?1、2.50 kg·m?2·h?1的蒸發(fā)速率和120 mV、28.8 mV的輸出電壓。盡管已有研究在水電聯(lián)產(chǎn)方面取得進(jìn)展，但碳納米管的結(jié)構(gòu)與表面官能團(tuán)對(duì)蒸發(fā)-發(fā)電協(xié)同機(jī)制的影響尚不明確。

與此同時(shí)，塑料在我們生活的各個(gè)領(lǐng)域中被廣泛應(yīng)用。塑料廢棄物的大量產(chǎn)生帶來環(huán)境壓力，其富含的碳原子使其成為低成本的碳源，可用于生產(chǎn)高價(jià)值的碳納米材料，如碳納米管。碳納米管合成方法包括微波輔助法、電弧放電法、化學(xué)氣相沉積法等，雖已有利用廢聚丙烯制備碳納米管的嘗試，揭示了催化劑在碳納米管生長(zhǎng)中的關(guān)鍵作用，但催化劑結(jié)構(gòu)調(diào)控仍是難題，均勻分散的金屬活性位點(diǎn)至關(guān)重要。金屬有機(jī)框架(MOF)作為多孔催化材料，具有結(jié)構(gòu)多樣、比表面積大、催化位點(diǎn)豐富的優(yōu)勢(shì)，其金屬中心可直接參與反應(yīng)或碳化后轉(zhuǎn)化為金屬氧化物納米顆粒參與催化反應(yīng)。目前尚未有利用 MOF 催化廢塑料制備碳納米管的報(bào)道。

聚丙烯隔膜是鋰離子電池的重要組成部分，每年產(chǎn)生的廢棄隔膜約為數(shù)萬噸。在此，本研究提出以鎳基 MOF（Ni-BDC）和NiCl2的組合催化劑對(duì)廢聚丙烯隔膜（PP）進(jìn)行催化轉(zhuǎn)化來制備碳納米管。并將其進(jìn)一步制作為可用于水電聯(lián)產(chǎn)的雙功能蒸發(fā)器，用于淡水-電力聯(lián)合生產(chǎn)。該碳納米管蒸發(fā)器表現(xiàn)出良好的親水性、高光吸收性能以及光熱轉(zhuǎn)換能力。它實(shí)現(xiàn)了2.79 kg·m?2·h?1的高水蒸發(fā)率和259 mV的連續(xù)電壓。研究進(jìn)一步表明，碳納米管表面官能團(tuán)與鈉離子之間的相互作用強(qiáng)于其與氯離子的作用，這種選擇性相互作用是電壓產(chǎn)生的關(guān)鍵機(jī)制。

在最近的工作中（Sustainable Materials and Technologies，影響因子為9.2，中科院2區(qū)期刊），我們通過MOF催化碳化將廢聚丙烯隔膜轉(zhuǎn)化為碳納米管，并構(gòu)建了淡水-發(fā)電聯(lián)產(chǎn)的雙功能蒸發(fā)器。

以上研究成果以When waste plastics meet with MOF: Upcycling waste polypropylene separator into carbon nanotube for efficient freshwater and hydroelectricity co-generation 為題發(fā)表在期刊Sustainable Materials and Technologies（影響因子為9.2，中科院2區(qū)期刊）上。論文第一作者為華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院2025級(jí)碩士研究生韋乾宇，華中科技大學(xué)龔江研究員是通訊作者。論文作者還包括碩士研究生張?chǎng)维?、戴郅焜，博士研究生胡桂新、王慧悅、溫雪瑩，以及本科生朱泓潤(rùn)、杜杭遠(yuǎn)。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金等資助。

文章信息

Qianyu Wei, Guixin Hu, Huiyue Wang, Xueying Wen, Xinyao Zhang, Hongrun Zhu, Hangyuan Du, Zhikun Dai, Ran Niu, Jiang Gong*. When waste plastics meet with MOF: Upcycling waste polypropylene separator into carbon nanotube for efficient freshwater and hydroelectricity co-generation, 2026, 47: e01785.

https://doi.org/10.1016/j.susmat.2025.e01785

（來源：網(wǎng)絡(luò) 版權(quán)屬原作者 謹(jǐn)致謝意）