東南大學科研團隊：在新型納米界面構建和功能化方面取得重要研究進展

【成果簡介】

日前，東南大學化學化工學院、江蘇省富碳材料器件工程實驗室劉松琴教授課題組和張袁健教授課題組分別在新型納米界面構建和功能化方面取得重要研究進展。研究成果于近日相繼發表在國際頂級期刊美國化學會志JACS雜志上。

很多的化學反應和生物化學過程需要氣體參與，例如氧氣。由于這些氣體在水溶液中的溶解度極低，大大限制了反應的效率。為了提高反應速率，傳統的方法通過提高接觸面積或增加壓力提高氣體的溶解度，但往往過程復雜且性能提升有限。為此，劉松琴教授課題組通過構筑具有浸潤性可調的氣-固-液三相界面結構，使氣體分子從氣相穿過疏水的納米通道直接到達酶的活性中心并參與催化反應，使反應速率提高了80倍。這種浸潤性可調的三相界面可用于氣-固-液三相反應與工業催化，研究成果以題為“Boosting Gas Involved Reactions at Nanochannel Reactor with Joint Gas-Solid-Liquid Interfaces and Controlled Wettability”發表于Journal of the American Chemical Society上，該論文的第一作者是2014級博士研究生米利、通訊作者是劉松琴教授和中科院化學所田野教授。

【圖文導讀】

圖1 示意圖和性能表征

（a）不同潤濕性的油滴與固定的GOx在水中的接觸角的界面顯示出GOx重排的構象。 在水中，疏水界面是親油的，親水界面是疏油的。

（b）疏水（藍點）和親水界面（紅點）的GOx的SFG光譜。

（c）在水中疏水（藍點）和親水界面（紅點）氣泡粘附的測量。

圖2 示意圖

具有聯合氣-固-液界面和受控潤濕性的納米通道的施工過程示意圖。

【研究內容】

另悉，近日，張袁健教授課題組在二維氮化碳的自發剝離和界面非共價功能化研究方面取得重要進展。

氮化碳是一種具有類石墨結構的二維聚合物材料，廣泛應用于光催化和電化學發光傳感等領域。但是，傳統氮化碳納米片的制備方法效率低下且其表面呈化學惰性，制約了進一步的應用和發展。為此，該課題組利用芳香分子與氮化碳之間的非共價相互作用，采用簡單的機械研磨即實現了氮化碳的自發剝離和表面功能化。該方法不僅保持了原始氮化碳的基本性質，還優化了納米片的界面。此外，該課題組還提出了通過水解的方法制備了表面修飾的氮化碳納米纖維，利用其可逆的組裝行為，實現吸附物質的可逆富集和釋放。與三維石墨烯和活性炭等常見吸附劑相比，該材料不僅具有相當的吸附容量（402 mg/g），并且還展現出高選擇性和低能耗的再生優勢。這些發現解決了氮化碳納米片在生物分析中面臨的挑戰。研究成果分別發表于美國化學學會志和美國化學學會ACS Nano，論文的第一作者分別是2015級博士研究生姬靜靜和13級直博研究生張玉葉、通訊作者是張袁健教授。

以上研究工作得到國家基金委、中組部“青年千人計劃”和江蘇省科技廳等基金的大力資助。

原文鏈接：http://www.seu.edu.cn/2017/0911/c17409a196788/page.htm

文獻鏈接：Boosting Gas Involved Reactions at Nanochannel Reactor with Joint Gas-Solid-Liquid Interfaces and Controlled Wettability (J. Am. Chem. Soc., 2017, DOI:10.1021/jacs.7b05249)

本文由材料人編輯部石小梅編輯，點我加入材料人編輯部。

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