【文献与实验汇报】2020年5月30日-组内动态-仿生智能材料研究组  
【文献与实验汇报】2020年5月30日 组内汇报
hanxiao 4月前 707

示例:

李明杰

Oppositely Charged Ti3C2Tx MXene Membranes with 2D Nanofluidic Channels for Osmotic Energy Harvesting

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  • 引用 2


    文献
    https://doi.org/10.1002/adma.202000971

    该文献讲的是制备的一种超吸湿性的基于钴的水凝胶与催化剂和太阳能电池集成到除湿器中,该除湿器可以将周围的水分分解为氢气和氧气,对周围环境除湿,是一种高效的电化学电池。水凝胶的功能是从环境湿度中收集水分并将收集到的水分转移到催化剂中。钛酸钡和二维MoS2纳米片被集成为催化剂:负极化的阴极可以增强电子传输,并将H+吸引到MoS2表面以减少水分,而水的氧化发生在正极化的阳极上。并对制备的水凝胶和催化剂进行了SEMXRD等一系列的表征。通过采用这种机制,可以将小中型房间的相对湿度保持在<60,而无需任何额外的能量输入,并且当暴露于环境光下时,湿气消解器会产生12.5 mA cm-2的稳定电流。

    https://doi.org/10.1016/j.progpolymsci.2018.06.004

    该综述讲述的是各类生物质纳米纤维(SNFs、CNFs和甲壳素纳米纤维)的结构形貌表征、模型计算、制备方法、前沿应用进展和未来展望等,具有一定的借鉴价值。

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  • lixk 4月前
    引用 3


    文献

    https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/jacs.0c01916

    该文献基于结构拓扑的合理设计和自下而上的方法合成了界限清晰的2D-六边形MOF结构。一对Ni2+可以先与对苯二甲酸羧基上的八个氧配位形成桨轮二级结构单元,然后通过三乙烯二胺(DABCO)上的末端氮原子使其与DABCO分子连接。吡啶与DABCO具有相似的分子大小,但是只有一个N原子,可以作为抑制剂,阻止DABCO进一步生长,使其趋向于形成2D结构。通过调控吡啶的添加量,可以形成厚度为20 nm100 nm2D六边形结构,界限清晰,相貌可控。通过高温分解的处理方式,可以转化为N-掺杂的二维纳米片,用于析氧反应中的电催化剂,在电流密度为10 mA cm-2时,具有低至307 mV的过电位。

    这种拓扑设计的方法,可以借鉴用于合成规则、界限清晰的MOF结构。


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  • lvll 4月前
    引用 4
    题目:Emergence of complexity in hierarchically organized chiral particles. 
    链接:https://science.sciencemag.org/content/368/6491/642.full
    通讯作者:Nicholas A. Kotov, 单位:Department of Chemical Engineering, University of Michigan
    主要内容及创新点:利用CTAB-HAuCl4与L/D-半胱氨酸(Cysteine)盐酸盐反应,形成表面半胱氨酸保护的金复合纳米颗粒。研究纳米颗粒自组装形成具有手性的多级结构的行为。调控参数包括L、D半胱氨酸及不同L/D比例((L/D)/(L+D))、反应温度对复合纳米颗粒自组装的影响。主要表征包括手性组装体的形貌、荧光光谱和圆二色谱。难点在于利用理论计算(密度泛函理论DFT、分子动力学模拟MD,SI给出了详细的模拟函数、调用参数等)模拟分析了Au-Cysteine复合纳米粒子自身形成过程、自组装过程、光学性质、自由能计算等等。
    对我们工作的启发:
    (1)结合Nicholas A. Kotov之前有关半胱氨酸/纳米颗粒自组装成具有手性结构的材料的报道(例如上次文献组会讲的文献Assembly of mesoscale helices with near-unity enantiomeric excess and light-matter interactions for chiral semiconductors,Self-Assembly of Chiral Nanoparticles into Semiconductor Helices with Tunable near-Infrared Optical Activity),手性纳米颗粒或自组装体的CD测试范围300-1300 nm,在远波长范围内具有CD信号说明该材料具有良好的手性光学性质。我们研究的Cu-Cysteine的CD测试目前只有200-300 nm,需要将波长范围调宽,看是否有手性光学信号,本周联系石油大学老师进行测试。
    (2)在探究形成不同手性自组装结构方面,需调控多种参数包括D/L比例、反应温度、溶剂体系等,特别是溶剂体系,对Cu-Cysteine的溶解与重结晶过程影响较大,之前我们的实验对溶剂影响考虑较少。
  • lvll 4月前
    引用 5


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  • 文献汇报

    Ultrathin and Robust Silk Fibroin Membrane for High-Performance Osmotic Energy Conversion

    链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsenergylett.9b02296

    本论文通过旋涂法制备了一种高力学强度的超薄蚕丝膜(纳米级厚度,厚度可以通过旋涂的层数进行控制)用于纳米流体系统。利用膜两侧盐粒子的浓度梯度获得吉布斯自由能,从而产生电流。由于较高的β-折叠纳米晶体,蚕丝膜具有较好的力学强度,这为他的使用提供了力学基础。蚕丝纤维膜较窄的孔道、膜表面丰富的负电荷使蚕丝膜对离子具有选择透过性(拦截带负电的离子,并使带正电的离子通过)。最后,根据河水和海水盐度不同,利用此膜进行了盐度差发电。

    Exploiting Supramolecular Interactions from Polymeric Colloids for Strong Anisotropic Adhesion between Solid Surfaces

    链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201906886

    本论文探讨了纤维素纳晶溶液通过自组装形成非共价键粘结胶水,相较于传统的胶水有更强的粘附力,并且更加环保。这是因为在纳米纤维在干燥的过程中会形成共价键,与材料表面有较好的粘结力。溶液从凝胶到固体的转变,形成多尺度的顺序,其上层结构的片层以类似于自然界中大多数干燥和可逆的生物粘附物的方式作用,粘合剂的内部结构与诱导蒸发现象紧密结合,这为进一步探索粘合剂的特性开辟了道路。

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  • 韩冲 4月前
    引用 7
    题目:Surfactant Self-Assembling and Critical Micelle Concentration: One Approach Fits All
    链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.langmuir.0c00420
    内容:表面活性剂结构通常称为胶束,表示超分子聚集体,其中疏水性尾部的堆积形成核心,而亲水性胶头则暴露在与水环境接触的外部。这种形式被称为临界胶束浓度(CMC)。本文具有研究了五种不同的表面活性剂的CMC值,通过三种技术手段计算CMC值,探究了不同配比,不同PH值对于阴离子表活的影响。
    启发:月桂酰肌氨酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱是目前我们采用的表活体系。前段时间我们探究了PH值对于表活/多糖体系的影响,发现PH值对于多糖体系黏度影响很大,但是加入表活之后,体系黏度下降很厉害。因此我从表活的CMC和关键堆积参数出发,结合高分子化学课本基础知识和期刊数据,分析月桂酰肌氨酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱在多糖体系中的状态变化。首先结合月桂酰肌氨酸钠和椰油酰胺丙基甜菜碱的CMC值,确定适宜的配比,然后测量在多糖体系中的黏度变化,找到最佳的PH值。

    题目:Thickening mechanisms for an amino acid-derived surfactant composition
    链接:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927775720300169?via%3Dihub
    主要内容:研究了月桂酰肌氨酸钠和椰油酰胺丙基羟磺甜菜碱表活体系在不同PH值的黏度变化,利用动态剪切流变,电位滴定,TEM表征了结构-黏度关系。在pH值在4.6–5.0内,接近肌氨酸盐组分的有效pKa,发现协同增粘作用。由于包括氢键和表面活性剂分子之间的静电相互作用在内的分子间作用力,当pH降低至粘度峰值,ζ电势测量显示胶束电荷密度降低,从而导致堆积因子增加。这导致稳定的蠕虫状胶束网络和体系粘度增加。
    启发:帮助我们更加深入的了解月桂酰肌氨酸钠表活体系的增稠机理,并且传统的硫酸酯类表活体系可以通过添加无机盐类增稠,电解质可降低离子头基团与胶束表面电荷密度之间的静电排斥力,从而促进胶束生长并将球形胶束转变为棒状或蠕虫状胶束。蠕虫状胶束的缠结会导致整体粘度增加。但是无机盐会限制了月桂酰肌氨酸钠的溶解度,可能会增加沉淀。因此,不能通过添加适量的氯化钠有效地增稠。
  • 引用 8


    文献:

    1. Electricity generation based on a photothermally driven Ti3C2Tx MXene nanofluidic water pump

    https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2020.104481

    这篇文章制备了一个简单的发电装置,即将MXene薄膜置于离子溶液中,并将薄膜的一部分暴露在阳光下。利用MXene光热转化性能将不对称梯度转化为溶液的蒸发梯度,提供驱动力使溶液在膜内纳米通道流动,进而形成微安级别离子电流。

     

    2. Near-infrared light-responsive hydrogels via peroxide-decorated MXene-initiated polymerization

    https://doi.org/10.1039/C9SC03917A

    这篇文章提出了一种新的MXene合成方法,在传统mild制备方法的后半段采取超声辅助刻蚀方法。所制备出的MXene存在羟基自由基,可以作为一系列丙烯酸单体自由基聚合的引发剂。制备出具有高光热传化率和热响应性的水凝胶。

     

    3. Bioinspired Microspines for a HighPerformance Spray Ti3C2Tx MXene-Based Piezoresistive Sensor

    https://doi.org/10.1021/acsnano.9b08952

    这篇文章受人体皮肤启发,制备了微观多刺的PDMSMXene界面,从而制备了一个制备了一个高灵敏度、响应时间短和稳定性高的压阻传感器。

     

    4. Leaf-inspired multiresponsive MXene-based actuator for programmable smart devices

    https://doi.org/10.1126/sciadv.aaw7956

    这篇文章受树叶的多层结构下的能量捕捉和转化性质的启发,制备了MXene纤维素复合材料和PC膜的双层结构驱动器,利用该种异质结构,实现了响应性、低功率驱动、快速驱动、大变形和可编程适应性,且该种异质膜具备光和电等多重响应性。

     

    5. Ultrarobust Ti3C2Tx MXene-Based Soft Actuators via BambooInspired Mesoscale Assembly of Hybrid Nanostructures

    https://doi.org/10.1021/acsnano.0c01779

    这篇文章受竹子的多层结构启发,制备了不同浓度比例的MXene/CNF/PDA分级梯度结构的软驱动器,该驱动器具有极高的拉伸强度、杨氏模量和韧性,优于传统的异质膜驱动器。

     

    6. All-weather-available, continuous steam generation based on the synergistic photothermal and electro-thermal conversion by MXene-based aerogels

    https://doi.org/10.1039/c9mh01443h

    这篇文章首先提出了一种利用乙二胺交联制备GOMXene气凝胶的方法,该气凝胶具备极佳的电热性和光热性。此文章利用该性质,将气凝胶外接太阳能电池制备出具备高效率的全天候的水蒸气发生器。


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  • hanxiao 4月前
    引用 9

    【文献分享】湿气发电机理相关文章

    1.Emerging hydrovoltaic technologyReview

      https://www.nature.com/articles/s41565-018-0228-6.pdf

      南京航空航天大学郭万林院士课题组,2018年发表在 Nature Nanotechnology上的一篇综述。这篇文章结合该课题组前期一部分碳材料水力发电(水在材料内的蒸发和流动)的工作,从水与材料的固-气界面的基本性质,到二者相互作用形成双电层并最终产生电流的过程,分析了由于水的流动、牵引、波动和蒸发(streaming, drawing, waving & evaporation)形成电势的原理。

     虽然文章主要分析的是碳材料的发电机制,但是对于理解纤维素材料的湿气发电机理具有一定的借鉴意义,特别是用双电层理论能够较好的理解湿气发电的实验结论。

     

    2.Power generation from ambient humidity using protein nanowiresNature

    https://www.nature.com/articles/s41586-020-2010-9#Bib1

    来自马萨诸塞大学安姆斯特分校的Jun Yao课题组,对Geobacter sulfurreducens细菌有多年的研究经验,最近,他们利用该细菌产生的蛋白质纳米线(材料带有大量羧基)制备了薄膜材料并进行了湿气发电应用,该湿气发电设备基于只有7 μm厚的蛋白质纳米线薄膜,可以在相对湿度40-60%的情况下,持续输出0.5V左右的电压。这一表现无论是在电压绝对值,还是发电的可持续性上,都是目前最强的生物质湿气发电材料。

    文章最后针对于材料湿气发电的机理结合计算提出了一种离子的扩散模型分析的非常详细,推荐精读。

     

    P.S.

    Geobacter sulfurreducens1987年发现的一种在土壤中存在的细菌。近年来,研究人员发现该细菌产生的纳米线可以作为电子受体,从而该材料引起了研究人员的兴趣,开始将其用于智能材料的开发。

    关于GS的拓展阅读

    G.s蛋白质纳米线用作超灵敏(10 to 106 ppb)的氨气传感器:

    https://link.springer.com/article/10.1007/s12274-020-2825-6

    通过冷冻电镜解析3D G.s蛋白结构,打破了领域内30年来的普遍认知:

    https://www.cell.com/cell/pdf/S0092-8674(19)30291-0.pdf 

    关于Geobacter的发展过程的书籍:https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0065291119300086

    利用G.s做微生物燃料电池:https://aem.asm.org/content/69/3/1548


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    Idea】通过查阅文献,发现目前的湿气发电材料难以实现对湿气的快速响应,且难以在较低湿度下工作,基于发电机理,材料往往需要在气态水分子凝聚后才能解离出离子产生电流。是否可以结合一些超吸水材料(之前看过一篇关于在沙漠中快速收集水分的纤维织物的文章)开发对湿气响应速度较快的低湿度下能够发电材料。

    最后于 4月前 被hanxiao编辑 ,原因:
    • 仿生智能材料研究组
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