聶雙喜教授課題組2022年度工作集錦

聶雙喜，廣西大學教授，國家高層次人才計劃入選者。主要從事纖維素綠色提取及功能化方面的應用基礎研究，在紙漿清潔漂白及先進纖維素功能材料方面取得系列原創性成果，為我國造紙行業可持續發展提供了有力的科學支撐。近五年共主持省部級以上項目7項，其中國家自然基金3項（面上項目2項）；以第一/通訊作者在Nature Communications、Advanced Materials、Materials Today、Advanced Functional Materials、ACS Nano等期刊上發表SCI論文60余篇，其中SCI一區論文50篇、影響因子15.0以上的論文27篇；論文被國際同行引用5000余篇次，累計入選ESI熱點論文2篇、ESI高被引論文16篇；共獲授權發明專利28件，其中5項技術已實現成果轉化，轉讓到校總經費387萬元。先后獲得“國家技術發明二等獎”、“國家霍英東青年教師獎”、“教育部技術發明一等獎”、“廣西科技進步二等獎”、“廣西青年五四獎章”、“廣西青年科技獎”及“廣西創新爭先獎”。

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亮點一：仿生摩擦電材料設計

從仙人掌刺和甲殼蟲翅膀表面構造中獲得靈感，通過選擇性調控纖維素表面自由能的極性分量和色散分量，實現了非連續分子級親/疏水域纖維素基材的可控制備，研究成果發表在《自然·通訊》（Nature Communications, 2022, 13, 4168）。通過仿生啟發構建了一種具有分層結構的高吸附性纖維素摩擦電材料，開發了具有快速響應、高靈敏度、高選擇性和低檢測限的氣敏自供電傳感基材，解決了傳統傳感器氣敏性低、響應性差的問題，研究成果發表在《先進科學》（Advanced Science, 2022, 9, 2203428）。針對傳統材料易氧化、易腐蝕的弊端，受荷葉啟發構筑了一種超疏水的纖維素摩擦電材料，基于化學修飾及表面微納結構的構造大幅提升了材料的摩擦電性能和耐濕性，研究成果發表在《化學工程雜志》（Chemical Engineering Journal, 2023, 452, 139259）。

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亮點二：自供電傳感器件設計

突破觸覺傳感器在供能方式與集成有機耦合的難題，開發了領域內首個全自供電的可視化觸覺傳感器，實現了可持續、無能源損耗的觸覺反饋，研究成果發表于國際材料頂刊《先進材料》（Advanced Materials, 2022, 2209117）。開發了一種具備快速自修復功能的納米纖維素導電水凝膠先進功能材料，解決了傳統傳感器件材料的自愈性、全柔性難題，實現了對汗液中生物標志物的實時自供電傳感，研究成果發表在《先進功能材料》（Advanced Functional Materials, 2022, 32, 2201846）。為了應對復雜的傳感環境，構筑了一種基于球形多重物理網絡結構的非接觸傳感基材，實現了遠距離范圍內準確識別人體運動狀態的自供電傳感，研究成果發表在《微尺度》（Small, 2022, 18, 2200577）。通過整合纖維素作為可持續凝膠自供電傳感器件的內在優勢，從制備方式和功能特性方面詳細介紹了不同類型纖維素凝膠在自供電傳感器件領域內的應用前景，概述了纖維素凝膠基TENG在能量收集和新興應用方面的最新進展，展示了纖維素作為凝膠基TENG的重要地位，研究成果發表于《納米能源》（Nano Energy, 2023, 106, 108079）。

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亮點三：纖維素摩擦電材料構筑

基于纖維素優異的摩擦電特性，從材料設計和加工技術角度介紹了纖維素摩擦電材料在電子器件中的設計策略，并概述了其在智能主動傳感系統中應用的最新進展，展示了纖維素摩擦電材料作為一種可持續的綠色資源，在智能主動傳感系統中的研究價值和應用潛力，研究成果發表于國際材料頂刊《先進功能材料》（Advanced Functional Materials, 2022, 2208277）。以天然纖維素為模板制備了親水性摩擦電材料，為高濕環境下實時自供電傳感提供可持續輸出。模板化過程中纖維素與濕敏材料的協同作用提高了材料的親水性，研究成果發表于《納米能源》（Nano Energy, 2023, 108, 108196）。通過在纖維素氣凝膠上原位生長Ni-HITP制備導電纖維素氣凝膠/Ni-HITP復合材料，設計了一種可穿戴自供電空氣過濾器。該自供電空氣過濾器可以高效過濾亞微米顆粒物，并且在過濾亞微米顆粒物的同時，還可以根據頻率和強度的不同實時監測佩戴者的呼吸狀態，在人類身體健康、自供電醫療產品和大氣污染物去除等方面具有更多潛在的應用，研究成果發表于《納米能源》（Nano Energy, 2022, 102, 107739）。

亮點四：先進摩擦電材料設計與應用

針對傳感基材在高溫環境下弱極性的缺陷，通過在天然竹材上原位生長功能載體，利用纖維素支架與內部電極的相互保護機制，實現了溫差達到396℃下穩定、可靠的自供電傳感，研究成果發表在《微尺度方法》（Small Methods, 2022, 6, 2200664）。通過系統介紹近年來利用化學功能化技術控制材料摩擦電性能的研究進展，提出了一系列化學功能化策略，特別是針對液體材料的控制策略，通過修飾材料的表面結構和組成來增強或弱化材料的摩擦電性能，研究成果發表在《今日材料》（Materials Today, 2022, 52, 299-326）。基于靜電紡絲摩擦電材料的優勢和特性，從材料結構設計和應用的角度總結了該類型TENGs的最新研究進展。重點介紹靜電紡絲納米纖維、微球、分層結構和摻雜納米材料的制備方法和設計趨勢，闡述了影響靜電紡絲摩擦電材料形成和性能的因素，并對未來發展和挑戰進行了展望，研究成果發表在《微尺度方法》（Small Methods, 2022, 2201251）。

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亮點五：摩擦電催化系統構建與應用

基于電催化中電子-質子轉移耦合作用，首次構建了用于制漿廢水處理的摩擦電催化系統，使廢水處理過程羥基自由基產生效率提高了25%，廢水中難降解有機污染物氯酚降解效率提高了10%，為低濃持續污染物的去除提供了新的方法和理論，研究成果發表在《應用催化B》（Applied Catalysis B: Environmental, 2022, 312, 121422）。系統回顧了廢水處理過程中不同階段所產生的能量（如水波能、風能和聲能），介紹了TENG在廢水處理過程中對微尺度能源的不同收集方式，對水處理行業的改革創新以及世界水處理安全保障具有深遠的影響，研究成果發表在《美國化學會·納米》（ACS Nano, 2022, 16, 3, 3449-3475）。開發了一種冠狀TENG用于提高光催化抗生素降解效率，外部電場的引入產生了更多超氧自由基、羥基自由基和空穴，它們對提高光催化效率起非常重要的作用。該工作提供了一種高效、環保、低成本的四環素降解方法，為降解抗生素廢水提供了全新途徑，研究成果發表在《納米能源》（Nano Energy, 2022, 93, 106842）。開發了一種球形TENG，通過脈沖直流電提高降解阿特拉津的光催化效率，在光電催化降解過程中，摩擦電脈沖直流增加了自由基的生成，首次發現羥基自由基在阿特拉津的降解中起著至關重要的作用，研究成果發表在《納米能源》（Nano Energy, 2022, 100, 107515）。