自然界中,生命體經(jīng)過(guò)億萬(wàn)年演化,創(chuàng)造了一系列神奇的固液復(fù)合材料,實(shí)現(xiàn)了各種豐富的功能,例如豬籠草表層的液體能使表面超滑移;細(xì)胞核孔內(nèi)的液體狀蛋白能促進(jìn)孔道內(nèi)藥物輸運(yùn)并避免結(jié)垢;肺泡孔中的表面活性劑液體層可實(shí)現(xiàn)呼吸的順暢和動(dòng)態(tài)門控行為。將固體材料的力學(xué)可靠性和液體材料的流動(dòng)性與適應(yīng)性有效利用,利用微納多孔空間來(lái)限域功能液體,可發(fā)展出一類人工高性能固液復(fù)合材料,能帶來(lái)自適應(yīng)、疏水、抗污、自修復(fù)、光學(xué)可調(diào)、高效吸附等特性。固液復(fù)合材料兼具優(yōu)異的力學(xué)和動(dòng)態(tài)界面行為以及固、液體之間可控的微觀相互作用,令其在氣體捕獲、膜分離、光學(xué)、能源器件等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。然而,如何精準(zhǔn)構(gòu)筑多孔限域固液復(fù)合材料,來(lái)實(shí)現(xiàn)液體界面的高效離子傳輸并保證微納空間內(nèi)動(dòng)態(tài)液體界面的穩(wěn)定性面臨著重大挑戰(zhàn)。
針對(duì)這一挑戰(zhàn),中國(guó)科學(xué)院蘇州納米所張學(xué)同團(tuán)隊(duì)與樊炤川團(tuán)隊(duì)合作開(kāi)發(fā)了一種氣凝膠限域固液復(fù)合膜,實(shí)現(xiàn)了動(dòng)態(tài)、高效的鈾資源提取。該材料以凱夫拉氣凝膠膜作為納米多孔基體,以杯芳烴/磷酸三丁酯作為功能液體,具有優(yōu)異的穩(wěn)定性、固液界面黏附性和高離子選擇性(對(duì)鈾酰離子的選擇性是其他競(jìng)爭(zhēng)離子的250~6510倍)。進(jìn)一步,通過(guò)在固液復(fù)合膜上引入動(dòng)態(tài)界面調(diào)控策略,動(dòng)態(tài)交變壓力下鈾提取效率可達(dá)258.48 mg·g-1·h-1。這種方法就像真實(shí)海水的周期性“潮漲潮退”,有望給鈾提取膜材料帶來(lái)自更新能力和豐富的離子接觸位點(diǎn),展現(xiàn)了廣闊的應(yīng)用前景。該研究以題為“Kevlar Aerogel-Confined Functional Liquid-Based Composite Membrane Enables Dynamic Uranium Capture”的論文發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上,第一作者為蘇州納米所盛智芝副研究員,通訊作者為張學(xué)同研究員與樊炤川研究員。
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