能源和水是现代社会的重要基础，可持续能源的储存和转化以及水资源管理的先进技术是世界各国深入研究的重点。除了其传统的生物应用之外，水凝胶由于其独特的性质和可控的理化特性，正成为能源和水相关应用的一种有吸引力的材料。

有鉴于此，德克萨斯大学奥斯汀分校余桂华教授等人，综述了水凝胶和水凝胶衍生材料在能源和水可持续性应用等领域的应用研究进展。

本文要点

1）重点介绍了各种水凝胶的高度可控合成，其中涉及关键的合成元素，例如单体/聚合物结构单元，交联剂和功能性添加剂，并讨论了如何将水凝胶用作前驱体和模板设计电化学活性材料的三维结构骨架。

2）然后，根据凝胶化学的基本原理，对水凝胶材料的结构-性能关系进行了深入的讨论，并最终讨论了诸如离子/电子导电性增强、机械强度、柔韧性、刺激响应性和理想的溶胀行为等性能。水凝胶独特的相互连接的多孔结构可实现快速的电荷/质量传输，同时提供较大的表面积，并且可以调节聚合物与水之间的相互作用，以实现水凝胶内所需的保水，吸收和蒸发。

3）这种结构衍生的特性也被紧密地协调，以实现针对不同目标设备的多功能性和稳定性。应用的例子集中在电池，超级电容器，电催化剂，太阳能水净化，和大气水收集，这些都展示了水凝胶和水凝胶衍生材料所带来的空前的技术潜力。最后，分析了面临的挑战和应对它们的潜在方法，以揭示其潜在机制，并将目前的水凝胶材料发展转化为可持续能源和水技术。

参考文献：

Youhong Guo et al. Hydrogels and Hydrogel-Derived Materials for Energy and Water Sustainability. Chem. Rev., 2020.

DOI: 10.1021/acs.chemrev.0c00345

https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.0c00345