廣西大學(xué)聶雙喜教授團(tuán)隊《Nat. Commun.》：集霧發(fā)電的纖維素新材料
2022-07-21 來源：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，可實現(xiàn)快速的現(xiàn)場生產(chǎn)。霧收集的過程主要包括霧捕捉（液滴成核）和液滴運輸（液滴去除），基于單一仿生的表面在霧收集過程中可能會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)被證實存在于液體與固體的接觸過程，霧在收集器表面或水滴在運輸過程中也會存在受到電荷相互作用的影響。然而，很少有人對水收集過程的界面相互作用進(jìn)行研究。
針對該問題，近日，廣西大學(xué)聶雙喜教授團(tuán)隊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。基于化學(xué)基團(tuán)調(diào)控和結(jié)構(gòu)設(shè)計，選擇性調(diào)控纖維素表面自由能的極性分量和色散分量，實現(xiàn)了非連續(xù)的分子級親/疏水域，構(gòu)造了可以實現(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發(fā)和利用，實現(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級博士生張松為第一作者，聶雙喜教授為通訊作者。
圖1：非對稱光滑表面的設(shè)計
圖 2. 纖維素基非對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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（責(zé)任編輯：xu）
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