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哈工大邵路教授团队 Sci. Bull.:蛋白活化原子层沉积用于“膜”法创新
2024-02-28  来源:高分子科技

  原子层沉积(ALD可以通过表面自限性的气相前驱体反应实现对涂层的亚纳米级别尺度的厚度控制,为可持续能源水系统用的先进分离膜提供一个极其多样化的和功能可调的化学库。高性能分离可以实现高效的废水回收/处理提供适合用途的清洁水。然而,由于缺乏成核位点,目前广泛用于水处理的聚合物分离膜ALD效率较低,因此开发简单温和的方法去活化/敏化聚合物膜上的ALD反应以减轻膜污染仍然存在巨大挑战。



  在自然界中,蛋白质等功能大分子可以有效介导氧化物多种多样的矿化过程,这为活化ALD改性提供了潜在解决方案的一瞥。团队将目光转移到蛋白活化原子层沉积膜法创新方向!


  蛋白质是一种典型的水溶性的两亲性物质,其可以通过疏水相互作用锚定沉积在惰性的聚合物膜上,而且沉积的蛋白质具备丰富的能够用于金属氧化物ALD反应的活性官能团,比如羧基、酰胺键等,因此理论上将其作为ALD的敏化剂/活化剂。作为概念验证,团队利用牛血清白蛋白(BSA活化TiO2 ALD反应,并探索了常见蛋白如鸡蛋清液活化增强ALD的普适性。相关研究成果以蛋白活化原子层沉积制备抗原油污染纳米装甲膜Protein-activated atomic layer deposition for robust crude-oil-repellent hierarchical nano-armored membranes)为题发表在《科学通报》(Science Bulletin)上。 


1通过蛋白活化原子层沉积制备超亲水抗原油污染聚合物分离膜的示意图


  该工作通过分子动力学模拟和密度泛函理论计算揭示了氨基酸的活化ALD反应的分子作用机制及相对强度改性膜具有优异的可循环水包原油乳液分离性能,对包括酸、碱、盐水和乙醇在内的溶液具有强大耐受性。蛋白活化的ALD改性方法不仅能应用于新型低碳分离功能膜的合成制备,还有望在生物医学工程、环境修复、低碳制造、催化等领域有广阔的应用前景 


2、蛋白和ALD前驱体的分子动力学模拟和密度泛函理论计算分析图


  哈工大为论文第一通讯单位。邵路教授、澳大利亚科廷大学刘少敏教授和美国阿贡国家实验室Seth B. Darling博士为论文共同通讯作者。哈工大化工与化学学院杨晓彬教授为论文第一作者。该研究工作获国家自然科学基金、黑龙江省头雁团队原创探索基金、中国博士后创新人才支持计划等资助。


  邵路教授为国家高层次人才(特聘教授)、英国皇家化学会会士、黑龙江省杰出青年科学基金获得者、中国化工学会分子辨识分离工程专委会委员,任领域内国际权威期刊副主编(NPG Clean Water)、编委(Journal of Membrane Science, Advanced Membranes)、顾问编委(ACS ES&T Engineering)等职务,连续入选中国高被引学者
邵路教授团队长期从事膜材料与膜分离的研究,先后在碳捕集气膜、耐有机溶剂分离膜、水处理纳滤/超滤/微滤及特种分离膜方向取得了系列突破性成果,其团队的研究成果已经在多个企业规模化应用,为习近平总书记绿水青山就是金山银山的思想和我国碳达峰、碳中和的庄严承诺提供先进的技术支撑。邵路教授曾获得省部级奖励一等奖3项、二等奖2项,已经以通讯/第一作者在高影响力国际期刊发表论文170余篇,SCI被引频次1.4万余次,高因子为74,以第一发明人获授权国家专利30项。


  相关论文链接:https://doi.org/10.1016/j.scib.2023.12.001

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