华南理工大学孙大文院士课题组: 可持续日间被动式制冷的高度缠结水凝胶

近期，华南理工大学现代食品工程研究中心孙大文院士团队在国际期刊《Chemical Engineering Journal》（IF：15.1）发表了题为“Self-rehydrating and highly entangled hydrogel for sustainable daytime passive cooling”的研究性论文（DOI：10.1016/j.cej.2023.147795），首次提出了一种通过日间辐射/蒸发制冷与夜间大气捕水耦合效应实现可持续被动式制冷的水凝胶技术。华南理工大学孙大文院士为本文唯一通讯作者，华南理工大学博士生徐亮为第一作者。

至2022年，制冷约占全球二氧化碳排放增量的13%，所引起全球变暖和热岛效应的环境问题威胁着人类的生存环境。因此，开发一种可持续的被动式制冷技术变得尤为重要。

在该研究中，研究人员通过自由基聚合反应合成了聚丙烯酰胺（PAAm）水凝胶。并通过调控PAAm的浓度实现了具有高度缠结结构的水凝胶，有效提高了水凝胶的机械特性，表现出坚韧且有弹性的性质。另外，在交联过程中，将二氧化锆（ZrO2）颗粒掺入水凝胶中，提高了水凝胶的太阳反射率和大气发射率，为实现日间辐射制冷提供了基础。溴化锂（LiBr）作为吸湿剂提高了水凝胶的吸湿性，使其可以在夜间高湿环境下从环境中捕集水分，为下一次的日间蒸发制冷提供冷源。最终合成的ZrO2@PAAm-LiBr在可实现日间辐射和蒸发制冷和夜间大气补水功能。本研究所构建的高度缠结水凝胶将促进食品、能源、材料等领域的相关研究与应用。

图1. 高度缠结水凝胶合成过程中颗粒分布机理的示意图。

图2. 高度缠结水凝胶的光谱特性及其理论辐射制冷功率评估。

图3. 高度缠结水凝胶的溶胀特性和吸湿特性的表征及其理论辐射/蒸发制冷功率的评估。

通讯作者简介

孙大文（Da-Wen Sun）

孙大文（Da-Wen Sun），男，广东省潮州人，欧洲历史上唯一的华侨华人“六院院士”，中国致公党第十四/十五届中央委员，中国侨联特聘专家，国务院侨务办公室专家咨询委员会委员，全国政协特邀海外列席代表和海外列席组召集人（2012）。欧洲科学院（欧洲人文和自然科学院）（Academia Europaea）院士，爱尔兰皇家科学院（Royal Irish Academy）院士，波兰科学院（Polska Akademia Nauk）外籍院士，国际食品科学院（IAFoST）院士，国际农业与生物系统工程科学院（iAABE）院士，国际制冷科学院院士。施普林格国际著名期刊《食品与生物加工技术》（Food and Bioprocess Technology）创刊者和主编（2008年创刊即为SCI收录，第二年进入SCI一区，现影响因子=5.8）、泰勒弗朗西斯集团《现代食品工程》(Contemporary Food Engineering)系列丛书创始主编、国际农业工程委员会（CIGR）主席（2013-2014）和荣誉主席、国际农业与生物系统工程科学院（iAABE）创院院长。现任华南理工大学教授，博导，现代食品工程研究中心主任；广东省农产品智能冷链物流装备工程实验室主任、广东省冷链食品智能感知与过程控制工程技术研究中心主任、广东省现代食品工程国际科技合作基地主任、广东省食品智能质控与过程技术装备国际暨港澳台合作创新平台主任、广东省现代农业（农产品无损检测及精深加工）产业技术研发中心主任、广东省农产品品质智能感知与精准控制现代农业科技创新中心主任、广东省农产品保鲜物流共性关键技术研发创新团队首席科学家、广州市农产品智能感知与品质控制重点实验室主任；爱尔兰国立都柏林大学（UCD）食品和生物系统工程终身教授。

荣获国际农业与生物系统工程委员会（CIGR）杰出奖，英国皇家机械工程师学会“食品工程师年度人物”，凤凰卫视“影响世界华人大奖”，国际食品保护协会“冷冻食品基金会冷冻研究奖”，国际工程与食品协会终身成就奖，“CIGR荣誉主席”等多项国际大奖，2015年至2023年连续九年荣获科睿唯安全球“高被引科学家”称号,并位居美国斯坦福大学“全球前2％科学家”排名中国食品科学与工程入选的三百多位学者名单的第一位。

在世界著名杂志和国际会议上共发表了1000多篇论文，其中，以通讯作者发表并被SCI收录的期刊论文超过700篇，出版专著17部，Web of Science统计的学术h指数为119，SCOPUS统计的学术h指数为129，Google Scholar统计的学术h指数为152。特别是在高光谱成像、计算机视觉、真空冷却、超声波辅助冷冻和CFD模拟等方面的论文已经成为其他研究者的经典参考文献。71篇论文入选ESI农学“高被引论文”，全球排名第一位（2020.01）。

2011年底起回到华南理工大学工作以来，迄今为止（2023年07月）在Web of Science网站上可以检索到的文章中，共有342篇是以华南理工大学食品科学与工程学院作为第一作者单位的论文，其中高被引论文50篇，JCR一区论文285篇，影响因子大于6的131篇。高被引论文数占华南理工大学全校和食品科学与工程学院的比例分别为11%和70%。其中2篇入选中国百篇最具影响国际学术论文，为华南理工大学唯一入选的两篇论文。

主持国家“十二五”科技支撑计划项目，国家“十三五”重点研发专项，国家国际科技合作专项，国家自然科学基金，东西部合作重大项目，广东省科技厅，农业农村厅，教育厅等科技计划项目，广州市科技计划项目，企业合作项目等四十多项。授权中国发明专利77件，美英日等发明专利10件，申请国际PCT专利9项。2019年至2022年连续四年每年培养科睿唯安全球“高被引科学家”2人。荣获2014年度广东省科学技术奖一等奖（排名第二），2016年度教育部科技进步奖二等奖（排名第一），2016年度广东省科学技术奖三等奖（排名第一）, 2018年度中国轻工业联合会科学技术进步奖一等奖（排名第二），2018年度广东省科技进步奖一等奖（排名第一），2020年度安徽省科技进步奖二等奖（排名第三）。