廣西大學(xué)聶雙喜教授團(tuán)隊(duì)《Nat. Commun.》:集霧發(fā)電的纖維素新材料
2022-07-21 來(lái)源:高分子科技
從大氣水中獲得清潔水,用于緩解日益嚴(yán)重的全球淡水資源短缺,是一種有潛力的可持續(xù)解決方案。其中,受到生物適應(yīng)性進(jìn)化的生物學(xué)特征啟發(fā)的霧收集作為典型的空氣水捕獲方案,可實(shí)現(xiàn)快速的現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)。霧收集的過(guò)程主要包括霧捕捉(液滴成核)和液滴運(yùn)輸(液滴去除),基于單一仿生的表面在霧收集過(guò)程中可能會(huì)受到某一方面的限制。纖維素是地球上最古老、最豐富的天然高分子材料,其分子骨架β-D-吡喃葡萄糖環(huán)上豐富的羥基為霧收集提供了高效的親水域。然而,連續(xù)的親水域會(huì)導(dǎo)致表面成核液滴的釘扎及凝聚水膜的界面屏蔽。此外,電子轉(zhuǎn)移已經(jīng)被證實(shí)存在于液體與固體的接觸過(guò)程,霧在收集器表面或水滴在運(yùn)輸過(guò)程中也會(huì)存在受到電荷相互作用的影響。然而,很少有人對(duì)水收集過(guò)程的界面相互作用進(jìn)行研究。
針對(duì)該問(wèn)題,近日,廣西大學(xué)聶雙喜教授團(tuán)隊(duì)從仙人掌刺和甲殼蟲翅膀表面構(gòu)造中獲得靈感,發(fā)明了可從霧中收集水滴的纖維素新材料;诨瘜W(xué)基團(tuán)調(diào)控和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì),選擇性調(diào)控纖維素表面自由能的極性分量和色散分量,實(shí)現(xiàn)了非連續(xù)的分子級(jí)親/疏水域,構(gòu)造了可以實(shí)現(xiàn)液滴快速成核和去除的雙重仿生表面。值得注意的是,霧滴與收集器之間自發(fā)的界面電荷作用被首次開(kāi)發(fā)和利用,實(shí)現(xiàn)了前所未有的高效水收集效率(93.18 kg/m2 h)。相關(guān)成果以題為“Bioinspired asymmetric amphiphilic surface for triboelectric enhanced efficient water harvesting” 的論文發(fā)表在《Nature Communications》上。2021級(jí)博士生張松為第一作者,聶雙喜教授為通訊作者。
圖1:非對(duì)稱光滑表面的設(shè)計(jì)
圖 2. 纖維素基非對(duì)稱兩親性表面的物理化學(xué)性質(zhì)。
圖 3. 靜電輔助水收集的性能。
原文鏈接 https://www.nature.com/articles/s41467-022-31987-w
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