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  近日，浙江大學(xué)生物系統(tǒng)工程與食品科學(xué)學(xué)院傅迎春、應(yīng)義斌教授團隊（IBE）與浙江大學(xué)高分子科學(xué)與工程學(xué)系高超教授團隊合作，在NATURE子刊（Nature Communications）上發(fā)表研究論文“Sub-second ultrafast yet programmable wet-chemical synthesis”（圖1）。

圖1

  簡便易操作的納米材料宏觀組裝體器件在農(nóng)業(yè)信息感知、醫(yī)學(xué)診斷和新能源等領(lǐng)域極具前景，合成是其中關(guān)鍵及前沿方向之一。常規(guī)采用體相溶液加熱策略促進納米材料在基底的原位生長以實現(xiàn)制備，但由于體相加熱具有溫度低、升/降溫速率慢、熱場難調(diào)控等特點，現(xiàn)有方法存在合成時間長、消耗大、可控性差、器件性能不穩(wěn)定等問題。為此，該研究提出了一種革新的“濕界面焦耳熱”（wet-interfacial Joule heating，WIJH）策略，實現(xiàn)了亞秒級超快且可編程的濕化學(xué)合成。

工作亮點：

  （1）提出了“濕界面焦耳熱”策略（圖2），闡明了新的“限域界面加熱”機理（圖3）。設(shè)計了石墨烯膜（GF）基底+薄層前驅(qū)體溶液的“濕界面”反應(yīng)體系，利用超快焦耳熱效應(yīng)調(diào)制濕界面的蒸發(fā)行為，結(jié)合（焦耳熱）高溫與（蒸發(fā)）濃縮雙重效應(yīng)，協(xié)同加速并控制納米材料在基底表面的原位形成：膜表面焦耳熱高溫直接誘導(dǎo)初期成核；溶劑受熱大量蒸發(fā)，前驅(qū)體劇烈濃縮誘導(dǎo)成核爆發(fā)；持續(xù)蒸發(fā)提高前驅(qū)體濃度，膜界面高溫主導(dǎo)顆粒的快速生長與結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變。

  （2）實現(xiàn)了多類材料的超高效合成（圖5），如金屬有機框架（MOFs）、共價有機框架、金屬、金屬氧化物及硫化物等。以MOFs合成為例，與現(xiàn)有體相加熱方法對比，WIJH結(jié)晶速率最高提升10⁵倍，能源消耗及前驅(qū)體濃度分別低至10^-6和10^-2倍（圖2h）；實現(xiàn)了納米材料成核、生長過程的控制（圖4），可通過設(shè)定電流程序，調(diào)制基底表面納米顆粒的數(shù)量（晶體密度增加60余倍）、尺寸（54納米至1.65微米）及形貌（單分散顆粒與致密共生膜）等。

圖6 HKUST-1/GF對CO₂的吸附-脫附應(yīng)用。（a）示意圖；（b）吸附CO₂性能；（c）焦耳熱控制CO₂的脫附；（d）吸附-脫附循環(huán)效率。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40737-5