在户外低温环境下，海洋船舶、飞机、输电线缆、管路等设施表面易发生覆冰现象，造成重大的经济损失和安全隐患。近年来，防冰涂料作为一种新兴的被动防冰策略，依靠低成本、高效率的抑制表面结冰和促进表面脱冰能力，受到广泛关注。

  抗冻蛋白（AFPs）作为一种天然抗冻材料为防冰材料的设计提供了灵感，通过其特有的冰结合位点（IBS）和非冰结合位点（NIBS）实现高效抗冻防冰。据报道，氧化石墨烯纳米片被证明可以与冰晶发生晶格匹配，模拟AFPs的IBS结构进而吸附在冰晶表面抑制冰晶生长。然而，对于AFPs的NIBS上电荷结构对抗冰性能的研究方面却鲜有探究。

图1抗冻蛋白启发的不同电荷改性氧化石墨烯及微结构光热防冰涂料设计思路

  该工作分别合成了三种不同带电性改性的氧化石墨烯纳米片层，分别是氨基改性呈正电性的GO-NH₂、羧基改性呈负电性的GO-GOOH以及两性离子基团SB改性呈电中性的GO-SB分子，研究带不同电荷对石墨烯片层防冰性能的影响。进一步通过乳液模板法将改性石墨烯加入到有机硅树脂PDMS中制备微结构的节能防冰涂层，用于高效防冰/除冰。

图2 不同电荷小分子的防冰性能

图3 不同电荷改性氧化石墨烯防冰性能

图4 不同电荷改性氧化石墨烯涂料防冰、除冰性能

图5 不同电荷改性氧化石墨烯涂料光热性能与极端环境适用性

通讯作者简介

  杨静，天津大学化工学院教授、博士生导师，国家自然科学基金优秀青年基金获得者、某领域国家级青年人才。主持国家级重点创新项目、国家自然科学基金、天津市自然科学基金等项目。主要研究方向为仿皮肤材料、柔性传感器、传感系统、合成生物学等。已在Nature Communications, J Am Chem Soc，ACS Nano, Nano Letters, Advanced Functional Materials, Chemical Reviews, AIChE Journal等刊物发表第一/通讯作者SCI论文40余篇。

  论文信息：

  Antifreeze Protein-Inspired Zwitterionic Graphene Oxide Nanosheets for a Photothermal Anti-icing Coating

  Junyu Yu#, Shu Tian#, Guangming Lu, Sijia Xu, Kai Yang, Lei Ye, Qingsi Li, Lei Zhang, Jing Yang*, Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c04478

  全文链接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04478