作者:Thamarasee Jeewandara，Phys
（同organic）有机 掺TEMPO PDA的合成与表征
(一)与常规PDA相比，具有较窄带隙和改善的光吸收能力的掺有TEMPO的PDA的示意图
多巴胺和TEMPO的聚合，以及它们的分子结构和粉末照片
(三)PDA-3的扫描电镜图像
(四)PDA 3号的海鳗号测绘分析(比例尺，100海里)
(五)PDA一号的能谱测量(1 = 0-3)
a
u
，任意单位
PDA-3的XPS光谱中的(氟)碳1s峰、(庚)氮1s峰和(氢)氧1s峰
学分:科学进步，doi: 10
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abb4696 聚多巴胺(PDA)是一种先进的功能材料，其出射光吸收特性使其在材料科学中的应用至关重要
然而，由于其复杂的结构，很难合理地设计和调节PDA吸收特性
在一份新的报告中，邹园和中国的一组聚合物科学、光电材料和物理化学研究人员提出了一种简单的方法来调节PDA的光吸收行为
为了实现这一点，他们通过特定化学部分之间的连接在微结构中构建供体-受体对
然后，他们使用详细的结构和光谱分析以及密度泛函理论(DFT)模拟来证实这种供体-受体分子对的存在
分子对可以降低能带隙(或没有电子存在时的能带隙)，并增加电子离域，以增强宽光谱范围内的光吸收
具有可调吸收特性的PDA纳米粒子的合理设计使得光热效应得到改善，该团队在太阳能脱盐过程中表现出优异的性能
这项工作现在发表在《科学进展》杂志上
聚多巴胺 受黑色素生物大分子色素的启发，聚多巴胺(PDA)在表面工程、光热治疗和生物成像方面的应用越来越受到重视
PDA的强粘性和光吸收特性也有利于水修复过程中的界面工程
科学家们已经提出了许多制备PDA纳米材料的合成方法，尽管对调节其吸收光谱的关注有限
多巴胺聚合过程由几个复杂的途径组成，因此尚未完全了解
因此，邹等人
假设PDA纳米结构中相对于供体-受体对的高度共轭结构的构建可以调节样品的吸收光谱
为了完成这项工作，他们开发了一锅合成策略来合成具有可调光吸收特性的PDA纳米粒子
合成和表征 在合成过程中，他们将2，2，6，6-四甲基哌啶-1-氧基(TEMPO)——一种典型的硝酰基——直接共聚到水溶液中的多巴胺上
他们通过将分子与5，6-二羟基吲哚(DHI)和吲哚-5，6-醌(智商)低聚物共价连接，将TEMPO部分掺杂到聚多巴胺微结构中，以缩小材料的能带隙并改善传统聚多巴胺纳米粒子(PDA纳米粒子)的光吸收行为
科学家们通过电化学分析、密度泛函理论模拟和光谱测量证实了这些结果
这项工作表明，该产品具有出色的光热效率，可用于界面太阳能蒸汽发电和海水淡化
多巴胺和TEMPO聚合过程中提出的反应途径和中间体形成
多巴胺和TEMPO聚合过程中的反应途径和机制
(2)反应5 min后粗产物溶液的电喷雾质谱；(三)(二)中主要峰的中间分子结构
学分:科学进步，doi: 10
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abb4696 科学家们通过调整TEMPO的初始浓度，开发了三种不同掺杂含量和相似粒径的PDA纳米粒子(分类在1到3之间)
他们利用一种成熟的方法，在铵的存在下，通过多巴胺的自聚合反应合成了传统的PDA纳米粒子
他们使用扫描电子显微镜、动态光散射和傅里叶变换红外光谱观察了所得的PDA样品特征
他们利用x光电子能谱(XPS)证实了所有PDA样品中存在碳、氮和氧元素，突出了掺有TEMPO的PDA纳米粒子的成功制备
基于这些结果，邹等人
假设形成交联大分子结构的两种可能途径
掺TEMPO的光子晶体增强的光吸收和光热行为
该团队研究了这些掺有TEMPO的PDA纳米粒子的光吸收能力和总光热效应，该产品通过捕捉太阳能并将太阳能有效转化为热能，从而强烈吸收光，应用范围广泛
在进一步的试验中，他们将PDA-3以几种浓度分散在水中，用于激光照射
与许多其它优秀的光热材料相比，掺有TEMPO的PDA纳米粒子表现出更好的光热性能
例如，邹等人
注意到金纳米粒子在长期照射后，由于实验条件伴随的热量造成的结构破坏，其吸光率会大幅下降
该团队对比展示了掺有TEMPO的PDA纳米粒子与传统光热纳米材料相比，如何通过改善光热行为来保持增强的光吸收能力
所得材料可用作新一代光热试剂，以完成多种应用
掺TEMPO PDA的增强光吸收和光热行为
浓度为50和100微克/毫升1的PDA水溶液的照片
图片来源:四川大学邹园
(二)不同PDA水溶液的L*值
PDA一号的紫外-可见-近红外光谱范围为300至1500纳米
在808纳米激光照射下不同浓度的PDA-3的温度升高
用808纳米激光照射600秒后，PDA-碘(碘= 0至3)水溶液(100微克/毫升)的光热响应，然后关闭激光器
PDA-3(100μg·ml-1)在四个开/关循环和808纳米激光照射下的温度曲线
808纳米激光的光强为2
0瓦厘米2
摩尔消光系数、δT和PDA-1的总光热效率(1 = 0到3)
图片来源:四川大学邹园
学分:科学进步，doi: 10
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abb4696 掺TEMPO PDA的结构和吸收特性规律分析 科学家们注意到在基于TEMP O的PDA系统中，由于聚合过程中TEMPO和DHI、IQ及其低聚物之间的化学共轭，供体-受体微结构自发形成
该反应有助于降低产物的能带隙和增强光吸收
为了验证这一点，他们计算了水溶液形式的不同PDA样品的光学带隙值，同时用电化学循环伏安法研究了所有样品的能带隙
他们使用CV测量建立了最高占据分子轨道(HOMO)和最低未占据分子轨道(LUMO)，并建立了TEMPO单位作为供体片段
随着TEMPO掺杂浓度的增加，智商部分的比例也逐渐增加，导致更好的电子离域，以改善光吸收
研究小组假设，在通过TEMPO掺杂的PDA合成过程中，自由基会增加，他们使用电子顺磁共振(EPR)测量对其进行了测试和验证
由于激子诱导吸收(EIA)光谱不依赖于形成化合物的TEMPO掺杂量，研究小组将其广泛归因于其附加成分(如DHI、智商)中激子的存在
PDA的光能转换过程
(一)固体状态下相同质量的PDA-ⅰ(ⅰ= 0-3)电子顺磁共振谱
PDA-1的瞬态吸收动力学轨迹(1 = 0至3)
(三)PDA 3号在指定延迟时间的瞬态吸收光谱
(四)PDA 3号的环境影响评价动力学轨迹
平均光密度
学分:科学进步，doi: 10
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abb4696 海水淡化的应用 基于TEMPO的PDA的优异的光热和光吸收性能使得该材料非常适合用于水蒸汽产生和海水淡化
在各种样品中，祖等
选择PDA 3号作为开发蒸发装置的最有希望的候选者
为了实现这一点，他们将PDA-3水溶液沉积在纤维素膜上作为亲水性光吸收剂，并通过使用隔热层如聚苯乙烯来防止与水直接接触
当邹等人
将实验装置暴露在太阳辐射下，他们通过从太阳蒸汽中收集冷凝水来净化水
与对照样品相比，PDA-3涂覆的纤维素膜显示出改善的光吸收
该建筑吸收了紫外线和可见光区域的大部分太阳能
为了了解太阳能蒸汽产生和光热蒸发性能，他们测量了蒸发过程中水的重量损失，并将能量转换效率作为一个重要指标
结果表明，除了高效和持久的活动，该装置用于脱盐的可行性
海水淡化实验
(一)基于PDA-3的太阳能蒸汽蒸发装置示意图
(二)厘米和PDA-3涂层厘米的照片
(三)双层膜结构的扫描电镜截面图
在250至2500纳米波长范围内的厘米和PDA-3涂层厘米的紫外-可见-近红外漫反射光谱
(五)基于PDA 3号的设备在一个太阳下15分钟的红外图像
(6)盐水、CM和PDA-3涂层CM在一次太阳照射下水分蒸发性能的时间过程
(七)太阳能蒸汽效率和盐水蒸发率，厘米和PDA-3涂层厘米
四个太阳在太阳照射下产生的水蒸气的照片，上面有PDA-3涂层
(一)淡化前后渤海湾咸水和海水的离子浓度
虚线指的是世界卫生组织和美国的饮用水标准
S
环境保护局
太阳能脱盐装置的蒸发循环性能超过30个循环，每个循环持续1小时以上
插图显示了30次循环后吸收器的照片
单日光照下不同PDA蒸发器的蒸发速率
聚偏二氟乙烯
照片学分:四川大学邹园
学分:科学进步，doi: 10
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abb4696 通过这种方式，邹园和他的同事提出了一种简单的方法，在多巴胺和TEMPO存在的情况下，在一锅聚合过程中调节聚多巴胺(PDA)的吸收光谱
由于PDA体系中的供体-受体结构，与常规PDA纳米材料相比，所得纳米粒子具有改善的光吸收能力和光热效应
当他们在纤维素膜上涂覆最终的基于TEMPO的PDA时，该结构充当了适合于水蒸发的阳光吸收器，具有高的太阳能转换效率和优异的蒸发速率
这项工作将为适用于光收集应用的结构和功能PDA纳米材料提供新的机会
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