Graphene aerogel for photocatalysis-assist uranium elimination under visible light and air atmosphere

DOI：10.1016/j.cej.2020.126256

单位：清华大学

通讯作者：叶高阳

铀从可溶离子到不溶性纳米粒子的光催化辅助转变有利于铀的提取，但在空气气氛下很少实现。首次提出了石墨烯气凝胶（GA），用于在可见光照射和空气气氛下从水中光催化去除铀。开发了一种新颖的石墨烯气凝胶（GA）GA-200，用于在可见光和空气气氛下从水中光催化去除铀。通过控制还原度，GA-200保留了用于锚定铀的官能团的数目， GA从氧化石墨烯中还原，还原度可通过改变水热温度来控制。部分还原的GA仍为官能团，具有较高的光电流响应和较窄的带隙，这有利于光催化活性，并且具有高的光电流响应和窄的带隙，从而易于产生和转移电子/空穴。在可见光照射下，在N₂气氛中，除了UO₂以外，其他固体产物均为（UO₂）O₂·2H₂O。原位再生特性打破了GA催化剂上活性位编号的限制，并提高了脱除能力，形成了中性的（UO₂）O₂·2H₂O纳米颗粒，可以从GA-200的表面排出，从而原位再生活性位点，原位再生特性打破了GA催化剂上活性位编号的限制，并提高了脱除能力，具有1050 mg / g的高去除能力。对该机制进行了进一步研究。发现在空气中存在O₂时，铀酰本身的光化学性质起着产生H₂O₂的重要作用，并且形成了（UO₂）O₂·2H₂O而不是UO₂，这与无氧气氛不同。这项工作提出了一种新颖的催化剂制备设计概念，以及一种提高去除能力的有效策略。通过引入铀的光化学性质，也丰富了空气中的光催化机理，为光催化去除铀提供了有力的理论基础。

Hydroplastic foaming of graphene aerogels and artificially intelligent tactile sensors

单位：浙江大学

通讯作者：高超

由固体直接发泡是制造多孔材料的最有效方法。然而，理想的发泡不能制备纳米颗粒的气凝胶，因为其固体的可塑性被压倒性的界面相互作用所否定。发明了一种亲水性发泡方法，将氧化石墨烯（GO）固体直接转化为气凝胶块和微阵列，取代了普遍的冷冻方法。水插层可塑化氧化石墨烯固体，并能够直接发泡而不是灾难性的破碎。热塑性发泡（HPF）方法，不仅可以将连续的本体而且可以将大面积的微阵列中的GO固体直接转化为GA。 HPF可实现类似于工业热塑性聚合物海绵的GA的直接发泡。将水插入GO中间层空间可为气泡成核和生长提供可塑性。气泡的形成遵循经典的结晶规则，从而可以精确控制GA的细胞壁厚度（8至40 nm）和密度（5至20 mg/cm³）。稳定的气泡聚类可生成2D薄板的无缝基础连接，并使GA具有超强的机械稳定性，可抵抗高分子海绵等极端变形（例如撕裂和剪切）。直接发泡的GA同时执行高应变系数（GF）（〜2）和超宽应变范围（0至95％），具有超稳定性（可进行104个循环），胜过大多数应变传感器。通过将直接的HPF与油墨印刷相结合，我们制造了空间精确度约为100μm的大面积GA微阵列传感器。在深度学习框架中，灵活的GA阵列用作人工智能（AI）触觉传感器，可在识别材料种类和表面结构方面达到80％以上的准确度，远远超过了人类手指的平均能力（30％）。作为一种通用的方法，HPF替代了普遍的冷冻干燥方法，从而促进了石墨烯和其他纳米材料气凝胶的工业生产。机械强度的大大提高提高了气凝胶材料的实用价值，这些材料可广泛应用于先进的纳米复合材料，智能电子，热管理，吸收和分离。

Electrically induced spreading of EGaIn on Cu substrate in an alkali solution under wetting and non-wetting conditions

 

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0169433219317933

液体金属的电驱动运动在机械工程和应用物理学中非常有前途。但是，到目前为止，关于电流极性对在金属衬底上移动的共晶镓铟铟（EGaIn）合金的致动的影响还很少。在这项工作中，我们证明了直流电可以应用于在NaOH溶液环境中驱动和操纵共晶镓-铟（EGaIn）合金在Cu基体上的运动，并且电流极性对运动有重大影响行为。当Cu连接到阴极时，Cu表面的氧化膜被还原，导致EGaIn和Cu之间的界面自由能急剧下降，从而EGaIn液滴迅速扩散。相反，当将Cu连接到阳极时，EGaIn和Cu表面都会被氧化，并且在液滴下方覆盖三相连接区域的溶液膜会导致EGaIn不润湿Cu。然而，由于所述基于镓的氧化膜和-OH的不均匀分布，在EGaIn液滴表面上产生离子时，在EGaIn溶液界面处会产生张力梯度，从而引起Marangoni流动，并使EGaIn液滴即使在未润湿的情况下也能在Cu表面扩散。电流越大，液滴运动越快，扩散区域越宽。随着直流电源的关闭，液滴立即消失。这些有趣的发现可能为镓基液态金属在微电子设备中的应用开辟新的途径。

Semi-Liquid-Metal-(Ni-EGaIn)-Based Ultraconformable Electronic Tattoo

 

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/admt.201900183

 

电子皮肤在生物医学传感器和医疗设备领域引起了越来越多的关注。大多数电子皮肤都基于有机或无机电子材料。然而，无机材料的低柔韧性和有机材料的有限电导率限制了它们的广泛使用。在这里，报告了一种基于半液态金属（Ni-EGaIn）在皮肤上的粘附选择性以及利用PMA胶直接在人体皮肤上制造柔性电子产品（Ni-EGaIn电子纹身）的新方法。在这项研究中，我们发现将镍微粒与液态金属（EGaIn）混合可以增强液态金属在PMA胶上而不是在皮肤上的润湿性和附着力。同时，Ni-EGaIn表现出低流动性和高粘度，这有助于导电层的均匀性。微观形态特征清楚地揭示了Ni-EGaIn在PMA胶和皮肤上的附着机制不同。基于这种现象，我们首先以所需的图案在皮肤上印刷PMA胶水，然后在PMA胶水上辊涂Ni-EGaIn。由于Ni-EGaIn的高导电性和顺应性（1.6 S m ^-1）时，皮肤上的Ni-EGaIn电子纹身在电稳定性方面显示出优越的优势，并且可以设计成具有任意形状的几何形状以适合各种表面。手写PMA胶可以在人体皮肤的任何部位创建个性化的图案。该研究中进行了一系列应用，包括发光二极管（LED）阵列，温度监控电路以及加热器和表面电极，以显示Ni-EGaIn和PMA胶纹身作为下一代可穿戴设备的巨大潜力，如健康监控，人机界面和医疗方面的应用。Ni-EGaIn，PMA胶和包装胶等所有材料均具有生物相容性且易于清洁，因此适合长期使用。这种新颖的策略不仅提供了用于生物医学的超整合界面，而且代表了实现电子设备个人定制的途径。

Three-dimensionally bonded spongy graphene material with super compressive elasticity and near-zero Poisson’s ratio

https://www.nature.com/articles/ncomms7141

本文报告了可伸缩自组装随机取向的石墨烯薄片，使其成为无添加剂、本质上均匀的石墨烯海绵材料，这种材料兼具软木和橡胶的特性。这些石墨烯海绵的密度与空气类似，在对巨大应变进行可逆压缩时，各方向的泊松比均接近于零，且在很大程度上与应变无关。同时，它们还起到了焓橡胶的作用, 在空气中可以恢复98%的压缩，在液体中可以恢复90%的压缩，并且可以在196~900℃之间工作。此外, 这些海绵可以提供数百个循环的可逆液体吸收，然后在几秒钟内将其排出，同时仍然提供接近零的泊松比。

                            

Skin-Inspired Piezoelectric Tactile Sensor Array with Crosstalk-Free Row+Column Electrodes for Spatiotemporally Distinguishing Diverse Stimuli

https://doi.org/10.1002/advs.202002817

利用一个触觉传感器实时检测和区分不同的外部刺激仍然是一个巨大的挑战，很大程度上制约了电子皮肤的发展。尽管基于压阻率、电容和摩擦电性已经描述了不同的传感器，并且这些设备有希望用于触觉系统，但是很少有压电传感器能够实时区分不同的刺激。本文报道了一种基于人体皮肤的多层结构和行+柱电极的压电触觉传感器阵列。触觉传感器阵列集成了信号处理器和逻辑算法，能够实时感知和区分不同外部刺激的大小、位置和模式，包括轻微滑动、触摸和弯曲。此外，这种独特的设计还克服了其他传感器存在的串扰问题。压力传感和弯曲传感试验表明，所提出的触觉传感器阵列具有高灵敏度(7.7 mV kPa)、长期耐用性(80000次循环)、快速响应时间(10 ms)(小于人体皮肤)等特点。触觉传感器阵列也显示了优越的可扩展性和易于大规模制造。它能够实时检测和区分不同的刺激，用于健康监测、动物运动的检测和机器人。

                                         

https://doi.org/10.1002/adfm.202009334

  可以在水下各种表面上实现牢固且可重复粘合的胶粘剂的开发是有前途的；然而，这仍然是一个主要挑战，主要是因为表面水合层削弱了界面分子之间的相互作用。在本文献中，提出了一种策略来开发坚韧的水凝胶，该水凝胶坚固，可重复使用并且对于水下粘附持久。由藤壶蛋白中的氨基酸残基合成了具有芳香族成分的阳离子和芳香族单体的水凝胶。由于链间π-π键和阳离子-π键相互作用，水凝胶具有机械强度和韧性（弹性模量0.35 MPa，断裂应力1.0 MPa和断裂应变720％）。在水中，水凝胶通过界面静电和疏水相互作用（180 kPa的粘合强度）牢固地粘附在各种表面上，从而实现了即时粘合和可逆性（50次）。此外，水凝胶在水中显示了数月（100天）的持久附着力。新型粘合剂水凝胶可能在许多应用中有用，包括水下转移，水基设备，水下维修和水下软机器人。

Ctenophore-inspired hydrogels for efficient and repeatable underwater specific adhesion to biotic surfaces

 

DOI: 10.1039/d0mh01344g

 

  粘性水凝胶在多种生物医学应用中具有广阔的前景。然而，水凝胶在水下对生物表面的特异性粘附仍然存在实际挑战。受到栉水母的启发，我们开发了一种基于聚丙烯酸（PAA），壳聚糖，单宁酸（TA）和Al^{3 +}的粘合水凝胶的精美设计，消除了对凝胶化的大量TA的抑制作用。这种水凝胶在空气和水下均具有高韧性和快速的自修复能力。它不仅具有良好的细胞相容性和抗菌活性，而且能够对软组织而非非生物表面实现快速的水下特异性粘附，极大地促进了其在生物医学工程领域的潜在应用借助静电相互作用和动态儿茶酚化学，它能够在多种水性环境中对多种生物组织（例如猪皮肤，肌肉，肝脏，肠，虾或蟹壳）实现高效，特异性和可逆的水下粘附。此外，具有优异的生物相容性和抗菌能力的水凝胶也适用于组织修复。这项以栉水母为灵感的作品为设计和制造高性能水凝胶开辟了新途径，该水凝胶对多种生物材料具有有效的特定水下粘附性。

 

Graphene oxide membranes with stable porous structure for ultrafast water transport

Doi https://doi.org/10.1038/s41565-020-00833-9

碳纳米材料的良好的力学性能和其超高渗透率的特性使其在分离过程有着巨大的潜力。然而，氧化石墨烯膜由于其微观结构的不稳定性，在横流条件和施加的水压下会导致失效，证明其稳定能力有限。在这里，本文提出了一种高度稳定和超渗透的咪唑啉框架-8 (ZIF-8)-纳米晶杂交氧化石墨烯薄膜，它是通过冰模板和随后在纳米片边缘原位结晶ZIF-8制备的。ZIF-8在微孔缺陷的选择性增长扩大的层间间距,同时产生机械完整性层压板框架,进而形成一个稳定的微观结构能够保持透水性。此外,通过ZIF-8微孔缺陷增长从而使得甲基蓝分子的选择通透性增加6倍。本文利用低场核磁共振表征了膜的多孔结构，并确认了ZIF-8的生长模式。

In Situ Lignin Modification toward Photonic Wood

Doi https://doi.org/10.1002/adma.202001588

木质素是一种粘结剂，能形成坚固的木材细胞壁基质。然而，它有许多可光性发色团，产生单调的棕色，使木材易受光降解。本文报道了一种利用H2O2和紫外光对木质素进行原位、快速、可扩展的光催化氧化的方法来改性木质素。该反应选择性地消除木质素的发色团，同时保持芳香骨架完整，从而调节木材的光学特性。产生的光子木保留了80%的原始木质素含量，继续作为一种强粘合剂和防水剂。因此,光子木有更高的机械强度在潮湿环境中抗拉强度高(20倍和12倍压缩阻力),重要的可伸缩性(2米长的示例),很大程度上减少了处理时间(1 6.5 h vs 4 14 h)与原料的方法。此外，这种原位木质素修饰的木材结构很容易通过光催化氧化过程形成图案。光子木材的光催化生产为大规模生产可持续的生物源功能材料铺平了道路，这些材料的应用范围包括节能建筑、光学管理、流体、离子、电子和光学设备。