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丁彬教授课题组2018年重要成果集锦
2019/1/12 15:46:24 易丝帮 0 条评论 邀请点评

  东华大学丁彬教授课题组主要从事功能型纳米纤维材料的可控制备及其在化学及生物传感器;自清洁材料;锂电池隔膜;催化剂;气体及液体过滤材料;防护服;油水分离材料;生物医用材料的研究。下面,我们简要介绍丁彬教授课题组2018年关于纳米纤维方面的部分重要研究成果,供大家交流学习。

1. ACS Nano:基于仿生多孔Murray膜的吸湿快干功能性面料

东华大学丁彬教授、王先锋研究员课题组通过静电纺丝技术构筑树状分叉网络及表面能梯度制备了仿生多孔Murray单向导湿纤维膜。仿生树状多级分叉网络集成了大孔-微米孔-亚微米孔的多级连通孔道,具有类似于植物蒸腾效应的多级分叉结构,遵循Murray定律最大化物质输运原则。所得仿生多孔Murray膜兼具自驱动可逆重力定向导水、快速吸放湿(水分蒸发速率高达0.67g/h,是商业化Coolmax面料的2.1倍)以及优异的内层速干性能。相关研究成果以“Biomimetic fibrous murray membranes with ultrafast water transport and evaporation for smart moisture wicking fabrics”为题目发表于ACS Nano上。

文献链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsnano.8b08242

2. ACS Appl. Mater. Interfaces:新型无机基n -卤胺纳米纤维膜作为水消毒的高效抗菌剂

东华大学丁彬教授课题组通过电纺丝与溶胶-凝胶相结合制备出活性氯含量高、可充电性好、抗水膨胀性好、力学性能优越的新型超亲水性无机基N-halamine纳米纤维膜。可作为消毒效率高、高通量、经久耐用的细菌污染水的动态消毒。因此,该研究成功制备了具有优异性能的二氧化硅纳米纤维膜质N-halamine抗菌材料,为开发新型多功能抗菌纳米纤维提供一定的参考价值。相关研究成果以“Novel inorganic-based N-halamine nanofibrous membranes as highly effective antibacterial agent for water disinfection”为题目发表于ACS Applied Materials& Interfaces上。

文献链接:https://doi.org/10.1021/acsami.8b18322

3. ACS Appl. Mater. Interfaces:轻质柔韧的复合纳米纤维膜用于高频高效电磁吸收

东华大学丁彬教授和李召岭副教授简单的电纺丝制备了磁性和介电性纳米纤维膜,可有效地用于电磁波吸收材料。由镍、钴抗氧化纳米颗粒和碳纳米管组成的复合材料碳纳米纤维(CNFs)具有优异的磁性和介电性,在较宽的频率范围内具有较强的吸波能力。纳米颗粒包裹在碳纳米管中有利于增强对复合材料的导电性。该复合膜具有可伸缩、轻量化和高性能电磁波吸收的优点,因此在电磁波吸收材料方面具有广阔的应用前景。相关研究成果以“Light and Flexible Composite Nanofibrous Membranes for High-Efficiency Electromagnetic Absorption in a Broad Frequency”为题目发表于ACS Applied Materials& Interfaces上。

文献链接:https://doi.org/10.1021/acsami.8b17514

4. Environ. Sci.: Nano具有分层异质结构的软质BiOBr@TiO2纳米纤维膜用于高效、可回收光催化剂

东华大学丁彬教授采用溶胶-凝胶电纺丝技术,并结合易连续离子层吸附反应(SILAR)工艺,制备了柔性、分层的BiOBr-负载TiO2纳米纤维膜(BiOBr@TiO2 NFM)。将具有层状结构的微晶化的BiOBr纳米颗粒均匀地生长在TiO2纳米纤维上,通过合理调节硅的生长周期,可以很好地调控BiOBr纳米结构的大小和数量。该膜具有较大的表面积、增强的可见光响应和紧密连接的界面异质结,在可见光照射下对罗丹明B (rhodamine B, RhB)具有较好的光催化性能。此外,膜经利用后仍保持良好的机械柔性和结构完整性,可直接从溶液中提取出来。相关研究成果以“Soft BiOBr@TiO2 nanofibrous membranes with hierarchical heterostructures as efficient and recyclable visible-light photocatalysts”为题目发表于Environmental Science: Nano上。

文献链接:https://doi.org/10.1039/C8EN00866C

5. Nano Energy:具有高性能生物力学能量采集的多层纤维摩擦电纳米发电机

随着各种可穿戴电子产品的快速发展,自供电系统和摩擦纳米发电机(triboelectric nanogenerator, TENG)越来越受到人们的关注。人们一直在努力寻找提高摩擦表面电荷密度的有效途径,从而进一步提高TENG的输出性能。通过在复合结构中引入电荷传输层和电荷存储层,设计了一种多层纤维基的TENG,从而大大提高了电荷密度。引入的导电材料和介电材料可有效提高摩擦带电过程中摩擦电荷的传输速率和存储深度。这种摩擦发电机可以集成到商业护膝中,从人体运动中获取多种生物力学能量。该复合TENG可持续驱动一些小型可穿戴或便携式电子产品,如电子手表、商用温度计和计算器。相关研究成果以“Multilayered fiber-based triboelectric nanogenerator with high performance for biomechanical energy harvesting”为题目发表于Nano Energy上。

文献链接:https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2018.09.039

6. ACS Appl. Mater. Interfaces:负载金属有机框架的柔性纳米纤维膜高效捕获二氧化碳

在全球向可持续低碳经济转型的过程中,二氧化碳捕捉和储存技术在减少排放方面发挥着关键作用。金属有机骨架(MOFs)是一种具有超高孔隙度、可调孔径和多功能性的晶体材料,可用于捕获CO2。但是,由于MOF晶体固有的脆性和较低的加工性能,使得柔性MOF纳米纤维膜的制备具有较大的挑战性。东华大学丁彬教授和王先锋研究员通过电纺丝法制备了一种高效、稳定、均匀、负载量高(高达82%wt%)的自支撑柔性HKUST-1纳米纤维膜。HKUST-1纳米纤维膜对CO2的吸附能力显著,为3.9 mmol g-1, CO2/N2选择性好,具有良好的可回收性。因此,低成本、可扩展的方法将MOF颗粒转化为自支撑、柔性的纳米纤维膜,从而更好地应用于CO2高效捕集。相关研究成果以“Ultrahigh metal−organic framework loading and flexible nanofibrous membranes for efficient CO2 capture with long-term, ultrastable recyclability”为题目发表于ACS Applied Materials& Interfaces上。

文献链接:https://doi.org/10.1021/acsami.8b14197

7. ACS Appl. Mater. Interfaces:类似人类皮肤的高效防水透气纤维膜用于环保纺织品

东华大学丁彬教授和王先锋研究员利用静电纺丝技术构建了一种类似人类皮肤的生态友好型纤维膜,具有高度防水和高度透气的性能。首次合成含有全氟丁基短链(−C4F9)链的新型聚氨酯弹性体,并加入到聚氨酯(PU)纤维基质中使膜具有持久的疏水性,另外,加入AgNO3后,最大孔隙尺寸大大减小,防水性能显著提高。合成的PU/C4FPU/AgNO3纤维膜具有良好的静水压(102.8 kPa)、优异的水蒸气透过率(12.9 kg m-2 d-1)、较高的力学性能(9.8 MPa)、对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有显著的抗菌作用。相关研究成果以“Human skin-like, robust waterproof, and highly breathable fibrous membranes with short perfluorobutyl chains for eco-friendly protective textiles”为题目发表于ACS Applied Materials& Interfaces上。

文献链接:https://doi.org/10.1021/acsami.8b10408

8. Small:自组装钙钛矿晶体负载Al2O3-La2O3纳米纤维膜具有良好的柔韧性和发光性能

东华大会丁彬教授和韩国全北国立大学HakyongKim团队科研人员通过简易电纺丝法制备了Al2O3‐La2O3纳米纤维膜,CsPbBr3/Cs4PbBr6钙钛矿晶体通过过饱和再结晶过程固定在Al2O3‐La2O3纳米纤维上。CsPbBr3/Cs4PbBr6@Al2O3‐La2O3(CCAL)膜具有优异的机械柔韧性和发光性能,CCAL膜在绿光器件中具有潜在的应用前景。相关研究成果以“Self-assembly of perovskite crystals anchored Al2O3-La2O3 nanofibrous membranes with robust flexibility and luminescence”为题目发表于Small上。

文献链接:https://doi.org/10.1002/smll.201870206

9. Sci. Rep.:Co3O4/碳复合纳米纤维膜可实现高效电磁波吸收

东华大学丁彬教授和李召岭副教授采用电纺丝、固化和碳化相结合的方法,制备了一种由柔性纳米碳纤维和磁性氧化钴纳米颗粒组成的新型纳米纤维膜。合成的复合材料在较宽的频率范围内增强了电磁波的吸收性能,吸收层厚度较之前报道的磁性复合材料小。所制备的材料具有柔性、易于制造、环保和成本效益高的优点。本研究提供了一种新颖有效的方法,可以在较宽的频率范围内设计出具有实际应用价值的新型电磁波吸收材料。相关研究成果以“Co3O4/carbon composite nanofibrous membrane enabled high-efficiency electromagnetic wave absorption”为题目发表于Scientific Reports上。

文献链接:https://doi.org/10.1038/s41598-018-30871-2

10. Small:电纺三层纤维膜构建功能性吸湿排汗纺织品

东华大学王先锋研究员课题组通过静电纺丝技术构建了具有定向性的三层纤维膜功能性吸湿排汗纺织品,表现了优越的防水渗透性和反方向连续排汗。水解聚丙烯腈-SiO2(HPAN)电纺丝纤维膜被用作三层纤维膜的外层,以促进毛细管运动和排汗水。微/纳米结构的协同效应和聚合物的优异亲水性基质导致出色超亲水性的纤维膜。同时,选择聚氨酯(PU)膜作为内层构建疏水膜,导致水渗透没有沿表面扩散。最重要的是,通过诱导形成渐进的润湿性水解PU-PAN(PU-HPAN)作为转移层,它引导水从内部渗透到外部层但阻止了反向穿透。根据提出的定向水运机制,水运能力和防水反向穿透通过三层疏水/转移/超亲水的界面纤维膜同时得到改善。因此,获得的三层纤维膜能够自发地使身体产生的水分远离皮肤,从而给佩戴者提供了一个非常干燥和舒适的微气候,表明其可以作为一种有前途的功能性吸湿排汗功能纺织品。相关研究成果以“Continuous, spontaneous, and directional water transport in the trilayered fibrous membranes for functional moisture wicking textiles”为题目发表于Small上。

文献链接:https://doi.org/10.1002/smll.201801527

11. ACS Appl. Mater. Interfaces:一体化可穿戴的全固态高能量密度超级电容器

可穿戴的全固态、一体式非对称超级电容器,将集流体、隔膜、正负电极集成到一层柔性多孔聚酰胺纳米纤维薄膜中。将正极和负极分别电沉积在碳纳米管修饰的多孔聚酰胺纳米纤维膜的两侧,形成完整致密的非对称电池。一体式薄膜不对称超级电容器是一种无粘结剂、无添加剂、无金属集流体的新型电容器,可以有效地降低成本,简化组装过程,提高能量密度。在中性聚乙烯醇/LiCl凝胶电解质中,在0.5 a g-1电流密度下,柔性一体式非对称超级电容器具有70 F g-1和3.1 F cm-3的重量比容量和体积比容量。此外,该一体式非对称电池显示出良好的体积能量密度(1.1 W h L-3)。相关研究成果以“All-in-one compact architecture toward wearable all-solid-state, high-volumetric-energy-density supercapacitors”为题目发表于ACS Applied Materials& Interfaces上。

文献链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.8b06143

12. ACS Appl. Mater. Interfaces:透气和彩色纤维素醋酸基纳米纤维膜定向运输水分

东华大学丁彬教授和王先锋研究员利用静电纺丝技术构建了一种美观和透气的双层醋酸纤维素(CA)基纳米纤维膜,该膜具有独特的定向水分运输性能。通过对CA纳米纤维进行水解和活性染色,将中等疏水性的CA纳米纤维转化为颜色均匀、润湿性良好的超亲水性CA纳米纤维。染色的CA (DCA)纳米纤维除了具有优异的润湿性和超亲水性外,还具有较高的显色率和固色性,以及较好的耐水洗和耐光色牢度,因此被用作外层。但由于CA纳米纤维具有中等疏水性,故选择其作为内层。CA/DCA纳米纤维膜产生了高润湿性梯度,促进了水分从CA层向DCA层的定向运输。因此,双层醋酸纤维素(CA)基纳米纤维膜可有效帮助人体排汗,从而提高人体舒适度。相关研究成果以“Breathable and colorful cellulose acetate-based nanofibrous membranes for directional moisture transport”为题目发表于ACS Applied Materials& Interfaces上。

文献链接:https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acsami.8b07393

13. ACS Appl. Mater. Interfaces:具有超润湿性的仿生多层纳米纤维膜用于乳化含油废水的有效净化

丁彬教授与俞建勇教授共同探讨仿生和超湿润纳米纤维膜在净化乳化含油废水方面的应用,共同完成了多层纳米纤维膜的制备,其具有地球自然结构的灵感,用于重力驱动水净化。所得到的仿生多层纳米纤维膜具有三个具有设计功能的单层,即无机纳米纤维层,可以阻止油的严重侵入,防止聚合物基体的破坏性结垢;亚微米多孔层,设计有蜂窝状空腔,可捕获较小的油滴,确保较好的透水性;具有较大孔径的高多孔纤维基质提供模板支撑并允许水快速通过。因此,通过三个功能层的配合,所得复合膜具有优异的抗油污性能和坚固的水包油乳液分离性能,仅在重力作用下具有良好的分离效率和竞争性渗透通量。膜用于乳液的渗透通量高达5163 L m-2 h-1,分离效率为99.5%。这一研究为开发用于含油废水修复的新一代特定膜提供新思路。相关研究成果以“Biomimetic Multilayer Nanofibrous Membranes with Elaborated Superwettability for Effective Purification of Emulsified Oily Wastewater”为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces上。

文献链接:http://doi.org/10.1021/acsami.8b01952

14. Sci. Adv.:超轻超弹性耐火陶瓷纳米纤维气凝胶

东华大学丁彬教授团队首次利用三维网络重构方法,以静电纺柔性陶瓷纳米纤维为构筑基元,制备了超轻质、超弹性的纯陶瓷纳米纤维气凝胶,其最低体积密度可达0.15mg/cm3,为当前世界最轻陶瓷材料。该材料表现出优于高分子泡沫的弹性回复性能,经500次压缩后塑性形变仅为12%,且其在1100°C高温下仍具有优异的回弹性,同时其导热系数可低至0.025W/m·k。该材料的成功制备突破了陶瓷材料弹性化设计的瓶颈,并为航空航天、国防军工等领域所需轻质高效隔热材料的研发开辟了新途径。未来发展将关注绿色可持续发展、复合功能化和规模化制备。相关研究成果以“Ultralight and fire-resistant ceramic nanofibrous aerogels with temperature-invariant superelasticity”为题目发表于Science Advances上。

文献链接:http://advances.sciencemag.org/content/4/4/eaas8925

15. Adv. Func. Mater. 电纺高效油/水分离纳米纤维膜

东华大学丁彬教授课题组通过同步电喷雾和静电纺丝的简易策略,在电纺纤维膜上制备仿生和超湿润的纳米纤维。所获得的纳米纤维表皮具有莲叶状微/纳米结构表面,由于分层粗糙度和亲水性聚合物基质的协同效应,其具有引人注目的超亲水性和水下超疏油性。超薄、高孔隙率、亚微米多孔表层使得复合纳米纤维膜表现出优异的性能,用于分离高度乳化的无表面活性剂和表面活性剂稳定的水包油乳液。超高渗透通量高达5152 L m -2 h -1,分离效率> 99.93%。此外,其还具有相似的分离性能,显示出对节能过滤的显著适用性。该膜具有优异的抗油污染性能,具有良好的长期分离可重复使用性,有望用于大规模含油废水的修复。相关研究成果以“Biomimetic and Superwettable Nanofibrous Skins for Highly Efficient Separation of Oil-in-Water Emulsions”为题目发表于Advanced Function Materials上。

文献链接:https://doi.org/10.1002/adfm.201705051

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