水凝胶文章投稿期刊推荐

是超级空气取水的二元亲水聚合盐新型水凝胶材料的意思。制冷与低温工程研究所（以下简称“制冷所”）王如竹教授领衔的能源-空气-水创新团队（Innovative Team for Energy, Water & Air，ITEWA）在美国化学会新刊ACS Materials Letters上发表了题为“Super atmospheric water harvesting hydrogel with alginate chains modified with binary salts”的论文，首次提出了一种结合了二元亲水聚合盐（Bina）与功能化多壁碳纳米管（FCNT），具有吸附容量大、蒸发效率高、结构稳定、制备简单、成本低廉等显著优势的复合吸水水凝胶材料，并通过实验证实了这种新型材料在应用于太阳能驱动空气取水设备时的优异性能。论文第一作者是制冷所外籍博士Akram Entezari，另一位外籍在读博士Mojtaba Ejeian也参与了此项研究工作；通讯作者是王如竹教授。该文为ACS Materials Letters当期封面论文。空气中的含水量可以达到整个地球上所有湖泊总水量的10%，而空气取水（Atmospheric Water Harvesting，AWH）在缓解全球水资源短缺问题上具有广阔的应用前景。海藻酸钠是一种含有β-D-甘露糖醛酸根（M块）和α-L-古罗糖醛酸根（G块）的线性共聚物，可以具有不同的G/M比例。文章使用了更加亲水的锂和钙离子取代钠离子来填充G块和M块，制成了二元亲水聚合盐（Bina），并与FCNT相结合。在此新型吸水材料Bina/FCNT中，未反应的盐可以在很宽的相对湿度（Relative Humidity，RH）范围内快速吸收空气中的水分，而其中的FCNT主要用来高效吸收阳光并将太阳能转换为热能用于解吸出水。除此之外，FCNT还能保持此材料多孔结构的均一性、完整性和稳定性。实验数据表明，每克此材料在70%RH条件下吸水量可以高达5.6g，即使在更加干燥的20%RH条件下也能达到1.4g。用于实验测试的太阳能空气取水装置研究发现Bina/FCNT水凝胶吸水能力强，动态性能好，但是也容易液解。为了避免液解，实际使用中可以缩短吸附时间。为了实际测试Bina/FCNT的取水性能，此项研究专门设计制作了一个便携式被动太阳能蒸发器，采用双斜面的结构以取得更高的太阳能吸收效率。实验结果表明，Bina/FCNT的结构和性能在高达80℃的温度条件下依然保持稳定，并且当解吸温度设置为70℃时装置的单位产水能耗较低（13.3kJ/ml）。另外，在对水质的检测中发现，尽管离子浓度与解吸温度直接相关，但是检测到的取水水质始终符合饮用水需求。研究证明新型Bina/FCNT吸附剂在基于吸附的可移动分布式淡水生产技术领域的应用前景十分广阔。该研究工作得到了国家自然科学基金创新研究群体项目（51521004）的资助。王如竹教授领衔的ITEWA团队近2年来已经陆续在Joule、Advance Materials、Energy & Environmental Science、Angwandt Chemie、Energy Storage Materials等期刊上发表了10篇论文。该团队致力于解决能源、水、空气交叉领域的前沿基础性科学问题和关键技术，旨在通过学科交叉实现材料-器件-系统多个层面的整体解决方案，推动相关领域取得突破性进展。

近期， 武汉 科技 大学“超分子材料与分子纳米器件团队”梁峰教授课题组 以合成化学作为基础和核心，积极拓展与相关学科和领域的交叉融合，在新材料精准化制备和应用研究方向取得进展，发表了多篇高水平研究论文。

利用金纳米颗粒的可塑性， 梁峰教授课题组可控制备了低钯含量的星状金钯双金属纳米颗粒 。通过对金钯双金属纳米星的中间产物的系列表征， 提出了金钯纳米星“两步法”的生长机理：即先形成单金属金纳米球，再以此为核心形成双金属金钯纳米星。 由于纳米颗粒中钯元素的加入，该纳米颗粒不仅能够高效催化对硝基苯酚（工业废料）还原为对氨基苯酚（工业原料），还能够有效催化Suzuki偶联反应， 实现催化剂的多功能化 。研究成果 “ Au-Pd nanostars with low Pd content : controllable preparation and remarkable performance in catalysis ”在《 The Journal of Physical Chemistry C 》杂志发表。化学与化工学院2017级博士研究生马涛是该论文的第一作者。

金钯双金属纳米颗粒的可控制备及多功能催化示意图

通过将石墨烯气凝胶引入掺杂有聚多巴胺纳米颗粒（PDA-NPs）的聚（N-异丙基丙烯酰胺）（PNIPAM）网络中，梁峰教授课题组与国家纳米科学中心韩东研究员课题组合作，制备出了一种多功能水凝胶 。除了增强的机械性能、良好的导电性能和自粘附性能， 制备得到的水凝胶还表现出近红外和温度双响应性能，可以根据需要释放药物；并且，在药物释放过程中，水凝胶的电阻也随之变化，因此可以利用电阻变化来实时监测药物的释放浓度。 这使得其在药物可控载释和精准医疗等领域具有潜在的应用价值。研究结果“ Temperature/Near-Infrared-Responsive Conductive Hydrogel for Controlled Drug Release and Real-Time Monitoring ” 在《 Nanoscale 》杂志发表。化学与化工学院2016级博士研究生朱玉亭是该论文的第一作者。

在以农药为主的农业化学品的实际应用中，促进药液喷雾在目标作物上的铺展和沉积对提高农药使用效率，降低对环境影响具有重要意义。柱芳烃(Pillar[n]arene)是一类新型大环超分子主体。与传统的大环结构相比，柱芳烃具有高度对称的刚性骨架结构和独特的富电子空腔并易于衍生化，在超分子化学领域表现出了重要的应用价值。 梁峰教授课题组与华中师范大学李海兵教授课题组合作 ， 利用柱芳烃与农药分子间的主-客相互作用成功实现了农药分子矮壮素液滴在疏水表面上的铺展和沉积，并表现出优异的选择性 。这一研究 探索 了超分子化学在农业领域的应用，并对实现农药的精细利用具有指导意义。研究结果“ Pillar[5]arene promoted selective spreading of chlormequat droplets on hydrophobic surface ”在《 Langmuir 》杂志发表。化学与化工学院2017级硕士研究生余胜是该论文的第一作者。

此外，该团队硕士研究生王娇（导师为陈荣生教授）和曾艳教授团队合作研究的论文“ Catalyst-free fabrication of one-dimensional N-doped carbon coated TiO2 nanotube arrays by template carbonization of polydopamine for high performance electrochemical sensors ”在《 Applied Surface Science 》杂志发表。博士后张雄志（合作导师为刘思敏教授）等的研究论文“ Host-guest interaction-mediated fabrication of hybrid microsphere-structured supramolecular hydrogel showing high mechanical strength ”在《 Soft Matter 》杂志发表。

上述论文的第一单位为武汉 科技 大学省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室。研究工作得到国家高层次人才计划、国家自然科学基金、湖北省楚天学者计划、湖北省高等学校优秀中青年 科技 创新团队项目、省部共建耐火材料与冶金国家重点实验室、煤转化与新型炭材料湖北省重点实验室、武汉 科技 大学优秀博士论文培育项目的资助。

来源 武汉 科技 大学

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