兰州化物所工程材料表面功能化取得系列进展

　　[中国化工信息网2015-01-14]环境和能源，是目前人类社会最密切关注的两个方面，要解决这两方面的难题，离不开欣欣发展的纳米材料科学。超疏水现象普遍存在于自然界中，荷叶、水渑腿、蝉翼等都是典型的超疏水性表面。通过过去几十年对自然界中超疏水表面的研究和分析，仿生超疏水表面的制备如今已成为表面与界面科学领域的热门研究话题。它在自清洁、防污、抗结冰、微流体、油水分离、水收集、药物释放等领域，特别是油水分离上的潜在应用，为解决海洋原油泄漏和工业废水污染等环境问题提供了一个有效的解决途径。
　　基于近10年来对于超疏水领域的认识和研究，中国科学院兰州化学物理研究所固体润滑国家重点实验室郭志光“百人计划”项目团队制备出了多种超疏水性表面，例如超疏水硅片(Chem.Lett.,2014,43,305)、超疏水铜网(Chem.Lett.,2014,43,1645)、和核壳结构的超疏水纳米颗粒(ColloidsandSurfacesA,2014,463,101)。这些材料可用于油水混合物的分离，将油相从混合物中高效地分离出来。除了超疏水超亲油性表面，该团队还制备了超疏水高疏油的双疏表面，该制备方法可同时适用于织物和金属泡沫镍表面上(Chem.Lett.,2014,43,1566)。在考虑材料表面高接触角的同时，材料表面的接触角滞后所引起的高粘附现象也是目前该学科研究的一个方向，该团队在这方面作了系统性的总结(Chem.Commun.,2014,50,3900)。不管是低粘附性的超疏水表面，还是高粘附性的超疏水表面，在自然界中都能找到原型，该团队也同时对源于自然的超疏现象作了系统总结(JournalofBionicEngineering,2014,11,325–345)。
　　近几年科学家发现，除了超疏水且超亲油的表面外，超亲水且水下超疏油的表面也可用于油水混合物分离，这种材料所具有的分离效果与超疏水且超亲油的材料相反，是将水相从油相中分离出来，而且这种材料可以保护材料本身不受油相的污染。该团队在该领域也做了大量工作，包括利用水热法制备涂覆沸石的不锈钢网(ColloidsandSurfacesA,2014,444,283)、浸涂法制备涂覆氧化石墨烯的不锈钢网(Chem.Commun.,2014,50,5586)等，这些材料都可用于油水混合物的有效分离。而且，该团队还对表面润湿性的调控做了相关研究，制备了润湿性可随水相pH的变化而变化的织物(RSCAdv.,2014,4,14684)。针对油水分离材料在近十年来的迅速发展，该团队对该领域的研究进展以及未来发展方向做了系统总结(Chem.Soc.Rev.,2015,44,336)。
　　另外，该团队在超疏水表面有关的水收集领域也进行了初步的探索，发展出了一种简单的超疏水-超亲水杂化织物制备方法(J.Mater.Chem.A,2014,2,7845)，该方法在水收集方面具有潜在应用前景，有关该领域后续的研究工作，该团队也将继续关注。
　　除了超疏水/油表面的制备，该团队还对超疏水表面微结构的构造进行了理论方面的设计，对具有规整抛物面型微结构的表面的润湿性做了理论优化设计并对机理进行了阐述(JournalofColloidandInterfaceScience,2014,436,19)。
　　研发高效的纳米材料不仅是环境领域的热点，在能源领域，研发高储能纳米材料也是热点话题。基于对纳米高比表面积材料的认识和研究，该团队也对超级电容器电极材料的开发做了尝试性的研究，以ITO为基底，通过溶剂热法制备出了具有高比电容的超级电容器电极材料(Chem.Commun.,2014,50,3443)。
　　以上工作得到了中科院“百人计划”、国家自然科学基金(11172301和21203217)、湖北省杰出青年基金(2012FFA002)和“西部之光”计划等项目的资助。