【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，合肥工業(yè)大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院王慧慶副教授課題組在生物質(zhì)基能源收集材料上取得新研究進(jìn)展，相關(guān)研究成果以“2D Chitin Sub-Nanosheets with Extreme lon Transport forNanofluidic sensing”為題，在材料領(lǐng)域國(guó)際知名期刊《AdvancedMaterials》發(fā)表。
該研究以再生年產(chǎn)百億噸的生物質(zhì)甲殼素為原料，利用其本征獨(dú)特的大層間距、多層結(jié)構(gòu)和較大的晶面剝離能壘及親疏水性差異，采用“擴(kuò)層—插層—剝層”分步策略，建立精準(zhǔn)可控的剝離方法，制備小片徑、高電荷密度的亞納米片(厚度約0.7nm,粒徑50-100nm)，組裝成二維納米流體通道膜，并應(yīng)用在藍(lán)色能源收集上，顯示出超高的輸出功率密度。利用這種優(yōu)異離子管理能力，該研究成果可應(yīng)用于監(jiān)測(cè)水母/魚(yú)類(lèi)養(yǎng)殖環(huán)境健康，通過(guò)檢測(cè)離子梯度變化轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)。本研究為實(shí)現(xiàn)低成本、大規(guī)模、可持續(xù)性高效捕集先進(jìn)能源和傳感技術(shù)提供了新的研究思路。
合肥工業(yè)大學(xué)為論文的第一和通訊作者單位，安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)葉冬冬教授為共通訊作者，碩士研究生舒悅和袁開(kāi)宇為文章的第一作者。本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目(52573110、52473090)、安徽省優(yōu)秀青年項(xiàng)目(2408085Y025)和海南省重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目(ZDYF2023GXJS019)的支持。
近年來(lái)，王慧慶課題組聯(lián)合國(guó)內(nèi)外學(xué)者在生物質(zhì)(纖維素、甲殼素)多級(jí)結(jié)構(gòu)(三維到二維、一維)的納米調(diào)控及其能源應(yīng)用研究上取得一系列創(chuàng)新進(jìn)展。如制備厚僅1.34nm甲殼素納米片、組裝濾膜在鹽差半電池，首次實(shí)現(xiàn)全生物質(zhì)納米片高效發(fā)電(Advanced Energy Materials,2024,14,2402304)；采用冷凍取向策略改進(jìn)納米纖維素插層MXene納米片復(fù)合膜的有序性，使其鹽差輸出功率密度提升3倍(Nano Energy,2024,109450)，并通過(guò)微流控剪切流場(chǎng)誘導(dǎo)，制備出高度有序、堆積致密及高表面電荷密度復(fù)合膜，展現(xiàn)出23.7W/m²的鹽差能輸出功率，組裝系統(tǒng)輸出電壓穩(wěn)定維持在4V以上，可持續(xù)驅(qū)動(dòng)LCD顯示器(Nano Letters,2025,25,8939.)。此外，還設(shè)計(jì)構(gòu)筑雙梯度微結(jié)構(gòu)氣凝膠纖維，展現(xiàn)出快速軸向液體傳輸和水伏發(fā)電性能，通過(guò)在商業(yè)織物上進(jìn)行串、并聯(lián)集成水伏發(fā)電裝置可以為L(zhǎng)ED屏和燈泡供電，用于戶(hù)外照明、危險(xiǎn)示警等(Advanced Functional Materials,2025,e10747)。
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