淡水短缺問題在人類社會發展中正面臨著日益嚴峻的挑戰。據報道，全球 29% 的人口無法獲得安全的飲用水。而且由于人口增長和環境問題，對清潔水的需求仍在增加。特別是在當前新型冠狀病毒 (COVID-19) 大流行的背景下，涉及到公共衛生的清潔水尤為重要。太陽光驅動的水蒸發技術，利用太陽能作為唯一的能量輸入進行海水淡化和污水處理，被認為是最有前景的清潔水生產技術之一。該技術很大程度上依賴于太陽能蒸發器，其將太陽能轉化為熱能以產生蒸汽。迄今為止，科學家們已經開發了各種各樣的太陽能蒸發材料。其中，碳基材料（比如石墨烯和碳納米管）作為蒸發器得到廣泛研究。然而，目前報的大多數碳基蒸發器在一個太陽光強 (1 kW m?2) 照射下，其蒸發速率小于 2 kg m?2 h?1。近日，柏林工業大學Arne Thomas教授課題組通過簡單的原位生長策略，在還原的氧化石墨烯（rGO）上合理設計和精確控制磺酸基功能化的共價有機框架（COF-SO3H）的生長，開發了基于COF/石墨烯的雙區域水凝膠（CGH）蒸發器， 它由親水性的COF負載 rGO (COF@rGO) 區域和疏水性的純 rGO 區域組成。通過系統地調節這兩個區域的比例，復合水凝膠顯示出有效的寬帶光吸收、可調節的潤濕性、優化的水含量和水的狀態，以及低的蒸發焓。要點1. 目前報道的大部分的COF都是采用傳統的溶劑熱方式合成，該方法需要高沸點的有機溶劑和長的反應時間。本研究采用綠色的水熱方法合成了COF-SO3H，其BET比表面積比通過溶劑熱合成的相應物略高一些，說明了水熱合成方法的有效性。要點2. 通過精確控制親水性COF-SO3H在石墨烯上的分布，復合水凝膠表現出大小可控的毛細通道，可調節的親疏水性和光吸收能力。同時，毛細通道的大小以及親水性官能團的數量影響水凝膠中的水含量和水的狀態，后者進而影響水凝膠中水的蒸發焓。
要點3. 得益于結構上的優勢，在一個太陽光照射下，該雙區域水凝膠產生蒸汽的速率高達 3.69 kg m-2 h-1，太陽能轉換效率約為 92%。更重要的是，即使在微弱的陽光下，該水凝膠仍具有高的水蒸發速率。另外，該水凝膠還展示了有效的太陽能驅動海水淡化、污水凈化和重金屬離子去除的能力。水凝膠中親水區域和疏水區域可以協同調節毛細通道的尺寸和潤濕性，從而進一步調節水含量和水狀態，以及水蒸發的能量消耗。使用合適比例的親疏水區域可以實現高效的太陽能水蒸發。該工作不僅提供了一種合成雙區域雜化材料的有效方法，還可以調節雜化材料中的水的狀態。Changxia Li, et al. A Covalent Organic Framework/Graphene Dual-Region Hydrogel for Enhanced Solar-Driven Water Generationhttps://doi.org/10.1021/jacs.1c11689
