广西大学聂双喜教授团队《Nat. Commun.》：集雾发电的纤维素新材料
2022-07-21 来源：高分子科技
从大气水中获得清洁水，用于缓解日益严重的全球淡水资源短缺，是一种有潜力的可持续解决方案。其中，受到生物适应性进化的生物学特征启发的雾收集作为典型的空气水捕获方案，可实现快速的现场生产。雾收集的过程主要包括雾捕捉（液滴成核）和液滴运输（液滴去除），基于单一仿生的表面在雾收集过程中可能会受到某一方面的限制。纤维素是地球上最古老、最丰富的天然高分子材料，其分子骨架β-D-吡喃葡萄糖环上丰富的羟基为雾收集提供了高效的亲水域。然而，连续的亲水域会导致表面成核液滴的钉扎及凝聚水膜的界面屏蔽。此外，电子转移已经被证实存在于液体与固体的接触过程，雾在收集器表面或水滴在运输过程中也会存在受到电荷相互作用的影响。然而，很少有人对水收集过程的界面相互作用进行研究。
针对该问题，近日，广西大学聂双喜教授团队从仙人掌刺和甲壳虫翅膀表面构造中获得灵感，发明了可从雾中收集水滴的纤维素新材料。基于化学基团调控和结构设计，选择性调控纤维素表面自由能的极性分量和色散分量，实现了非连续的分子级亲/疏水域，构造了可以实现液滴快速成核和去除的双重仿生表面。值得注意的是，雾滴与收集器之间自发的界面电荷作用被首次开发和利用，实现了前所未有的高效水收集效率（93.18 kg/m2 h）。相关成果以题为“Bioinspired asymmetric amphiphilic surface for triboelectric enhanced efficient water harvesting” 的论文发表在《Nature Communications》上。2021级博士生张松为第一作者，聂双喜教授为通讯作者。
图1：非对称光滑表面的设计
图 2. 纤维素基非对称两亲性表面的物理化学性质。
图 3. 静电辅助水收集的性能。
原文链接 https://www.nature.com/articles/s41467-022-31987-w
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