DOI: 10.1039/D0NA00529K

为了解决威胁可持续经济发展和生态安全的全球性水资源短缺问题，研发出一种具有快速捕获能力和易于排水的高效集水表面至关重要。受到纳米布沙漠中Stenocara甲虫集雾能力的启发，本研究提出了一种制备用于大气雾水收集的柔性、永久电纺超疏水-亲水聚丙烯腈（PAN）和聚（甲基丙烯酸甲酯）（PMMA）纳米复合纤维垫的简便方法。疏水性PAN域和亲水性纳米材料的这种结合导致水在亲水性微米颗粒和纳米颗粒上凝聚，在疏水性纳米纤维上流失。通过调整微米和纳米材料的比例，可以调节雾水的收集效率。采用静电纺丝技术，用不同比例的二氧化钛（TiO2）纳米颗粒和铝（Al）微粒制备了超疏水性-亲水性纳米复合纤维，然后进行稳定化和碳化以从纤维结构中去除所有非碳质材料。研究了纳米复合纤维的形态、表面疏水性、晶体结构和集雾性能。通过添加10％的微粒和纳米粒子组合物，水接触角达到154.8°。通过对这些纳米复合材料的实验测试证明了使用该纳米复合材料生产淡水的可行性，其每日淡水产率超过1.49升/平方米。据估计，制备这样的纳米复合材料的用料成本仅为4.96美元，可供应2个家庭成员的最低日常用水量（即6升）。这些纳米复合材料价格便宜，并且不需要额外的能量输入，特别适合于干旱地区的清洁水生产。这项工作为实现集水材料的批量生产提供了一种非常可行且新颖的方法。

图1.电纺PAN/PMMA纳米复合纤维毡的制备过程示意图。

图2.纳米复合纤维的FTIR光谱：（a）初纺和（b）碳化后。

图3.含不同纳米粒子夹杂物的碳化PAN/PMMA纳米复合材料的XRD图谱。

图4.初纺（顶部）和碳化的（底部）PAN/PMMA纳米复合材料的EDX光谱，该复合材料含10wt％的Al微粒和TiO2纳米粒子。

图5.制备的电纺PAN/PMMA纳米复合纤维的SEM图像：（a）0wt％纳米粒子；（b）5wt％纳米粒子；（c）10wt％纳米粒子。

图6.电纺碳化PAN/PMMA纳米复合纤维的SEM图像：（a）PAN/PMMA；（b）PAN/PMMA/5wt％NP；（c）PAN/PMMA/10wt％NP。

图7.含0、2.5、5和10wt％的Al微粒和TiO2纳米粒子夹杂物的碳化纳米复合纤维的水接触角。

图8.雾水收集系统示意图。

图9.每个纳米复合材料样品收集的水量以及收集时间。

图10.每个纳米复合材料样品在1小时内收集的水总量。

图11.（A）（a）PAN/PMMA和（b）PAN/PMMA/10wt％NP纳米复合纤维的光学图像。（B）雾聚结过程随时间变化的光学图像：PAN/PMMA纳米纤维（上）和PAN/PMMA/10wt％NP纳米复合纤维（下）。

图12.不同集水循环中PAN/PMMA/10wt％NP纳米复合纤维的水接触角。

图13.不同集水循环中PAN/PMMA/10wt％NP纳米复合纤维的集水情况。