鑽石舞台｜痞客邦

Aug 30 Tue 2022 09:31
COROS高馳 - 8組數字，帶你了解UTMB背後的故事

在法國的霞慕尼小鎮，2022 UTMB，一場殿堂級的賽事落下帷幕。來自世界各地的越野跑者遠赴重洋，在這裡相聚，在這裡奔跑。當起跑的槍聲響起，他們沖向的是自己心中的終點。

我們整理了 8 組數字，以及數字背後的小故事，和你一起重溫 2022 UTMB的精彩和感動。

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Aug 30 Tue 2022 09:31
Carbontech - 石墨基膜材料：原理、合成與應用 | 廈門大學藍偉光教授課題組ACS Appl. Nano Mater.

關鍵詞：二維材料、石墨基膜、石墨相氮化碳、膜分離、工業應用

膜分離技術作為支撐戰略性高新技術對科技創新尤為重要，不僅與現代能源、環境工業發展高度關聯，也與我們的日常生活息息相關。然而，膜技術的應用至今仍然受到膜材料性能的制約。因此，亟需尋找與合成新型的膜材料，以適應新時代在「雙碳」戰略目標背景下對能源、環境、水資源再生利用和傳統工業升級改造等領域的發展所需的更高要求。

最近，廈門大學藍偉光教授領銜的膜課題組針對二維膜材料的原理、合成與應用進行了深入的探討與總結。與傳統高分子膜相比較，二維膜材料具有高度均勻和明確的孔結構，可通過溶液方法製備單層至多層的二維膜材料，這種面內的共價鍵也可賦予二維膜材料足夠的機械強度和化學穩定性，因此可以在苛刻的操作環境中使用。

當前，用於膜分離的二維材料（2D）有氧化石墨烯(GO)、過渡金屬碳化物和氮化物(MXenes)、金屬有機骨架(MOF)、共價有機骨架(COF)和聚合物石墨相氮化碳(g-C3N4)。g-C3N4是一種類石墨烯的二維材料，相比於GO，g-C3N4納米片中含有三級氨基網絡形成的固有納米孔，孔尺寸為0.31 nm；且g-C3N4是一類兩親的二維材料，這賦予了g-C3N4膜更多的特性。而與MOF和COF相比，g-C3N4納米片和膜的合成更為簡單，成本和能耗更低。此外，g-C3N4同時具備光氧化還原特性和光催化自清潔能力，在環境修復、海水淡化和光催化氧化降解等領域均具有重要應用價值。

目前，2D g-C3N4納米片在熱/光/電催化、儲能、殺菌等領域都具有廣泛的研究和深入的討論，但在膜分離和應用方面的綜述還缺乏較為深刻的討論。

近日，廈門大學藍偉光教授在美國化學會旗下《ACS Applied Nano Materials》期刊上發表了題為「Review of 2D Graphitic Carbon Nitride-Based Membranes: Principles, Syntheses, and Applications」的論文，藍偉光教授為本論文的唯一通訊作者。文章從g-C3N4基膜材料的物理化學結構、二維g-C3N4納米片的製備和膜的合成三個方面，全面討論了g-C3N4基膜材料的優勢和局限性。進一步，論文系統總結了功能化2D g-C3N4膜分離材料目前的最新應用進展，包括氣體分離、水淨化、滲透汽化、光催化膜、油水分離、聚合物電解質膜等。最後，文章討論和預測了g-C3N4基膜當前的挑戰和未來的發展方向。

圖1 g-C3N4膜尺寸篩分效應和應用方向概要

1.g-C3N4的結構特點

g-C3N4片層結構由規則排列的三嗪和三-s-三嗪結構單元組成，含有0.31 nm的孔。g-C3N4膜中的規則孔洞、缺陷孔道和層間通道都能夠產生尺寸篩分。由於g-C3N4的帶隙值為2.7 eV，因此它具有可見光的吸收能力，這賦予了g-C3N4膜獨特的自清潔能力。但是，g-C3N4也存在着諸多不足之處，如在水中的分散度小於1 mg/mL且難以製備高質量的薄層g-C3N4。這種較差的分散性在製備膜的過程中會影響所製備膜的質量。

圖2. 由規則排列的（a）三嗪和（b）三-s-三嗪構建塊組成的g-C3N4結構。（c）周期性三角形納米孔;（d）g-C3N4結構中的平面結構缺陷;（e）兩個相鄰g-C3N4層之間的通道。

一、薄層g-C3N4納米片的製備方法

製備薄層g-C3N4納米片的常用方法包括化學剝離、超聲剝離、熱/氣體處理剝離和球磨法。文中闡述了製備g-C3N4納米片和膜製備所用的這四種方法的優缺點，具體總結和比較各製備方法所得g-C3N4薄片的產率、操作條件、厚度和BET表面積，指出當前方法中球磨法能夠大規模製備，是製備大批量膜最有效的方法，文中進一步討論了潛在的發展方向（圖3）。

圖3. 總結g-C3N4納米片的製備方法，以及每種膜製備方法的優缺點。

二、g-C3N4基膜的製備方法

氣相沉積法、真空過濾、界面聚合和相轉換法是製備g-C3N4基膜的四種常用製備方法，如圖4所示。要製備自支撐的g-C3N4膜，氣相沉積法是最好的方法，但該方法製備成本過高，限制了其商業化應用。真空過濾是最常見和最簡單的方法，但此法高度依賴於所使用2D g-C3N4納米片的質量；目前製備高質量的2D g-C3N4仍存在挑戰，因此通過該方法製備的g-C3N4膜的分離效率仍與GO膜有一定的差距。界面聚合是水處理膜常用製備方法，在這個過程中g-C3N4通常作為納米添加劑使用，目前g-C3N4在制膜過程中的分散性和長期穩定性需要進一步改善。通過相轉化法製備不同功能高分子混合基質膜也是另外一種製備分離膜的方法，2D g-C3N4納米片加入到成膜中時，需要避免自身發生團聚以充分提高所製備膜的滲透/分離性能。除此之外，也有報道使用靜電紡絲和3D打印等方法來製備g-C3N4基膜，根據不同的應用場景，研究者可分別採用不同製備方法來製備不同功能化的g-C3N4基膜材料。

圖4：(a)在基板上通過VDP沉積g-C3N4膜示意圖；(b)真空過濾法製備g-C3N4基膜示意圖；(c)界面聚合法示意圖;(d)相轉換法示意圖。

三、膜材料的應用

由於g-C3N4材料在膜中獨特性質，文中總結其在分離領域的應用，包含氣體分離、水分離、滲透蒸發、光催化水過濾、油水分離、聚合物電解質膜以及環境處理等。

圖5：2D g-C3N4基膜在氣體分離、水淨化、滲透汽化、光催化、水包油分離和聚合物電解質領域的應用

四、展望

面向於國家重大需求，聚焦關鍵核心膜材料和膜應用過程需同時考慮膜材料結構設計、膜的規模化製備、膜過程應用以及膜工程應用示範性建設。g-C3N4膜具有可見光驅動的光催化能力、高理化穩定性和抗污染能力，使其在光催化膜分離、環境修復和可再生能源存儲等領域均表現出優異的性能。從目前研究進展來看，g-C3N4膜材料的開發取得了顯著的進步。要進一步探索基於g-C3N4膜材料在氣體淨化、水回用和其他環境修復的潛在應用，其膜結構和膜性能的需要進一步優化。但是實驗室到工廠的技術轉型落地依然還有在很大的研究差距，我們從高質量膜合成和分離機制、膜結構和組成對分離性能影響、平衡成本和工業化應用三個方面進行展望。

（1）製備高質量的單層g-C3N4納米片需考慮兩個重要因素，工藝路線簡單、方法易擴展。一步法直接製備高比表面積，薄層的g-C3N4納米片，有望提高g-C3N4納米片在水和有機溶劑中的混溶度。但目前，實現大規模製備有大比表面積和可控層厚度的高質量g-C3N4納米片仍然是一個挑戰，且合成過程中對能耗依賴性大，所使用的溶劑等也會造成環境污染。

（2）能夠有效控制不同程度的表面親疏水性質、高效開發功能化兩性g-C3N4膜目前還缺乏理論的指導依據。如何定量表面親水性和膜分離性能的關聯，二者之間的數學關聯模型仍不夠清晰，存在諸多挑戰，未來還需要更多的研究工作選擇合適的官能團用以調控膜親水性，並精準製備可控油水雙親性特性的g-C3N4膜，以構建結構與膜分離性能的定量關係。

（3）目前報道的高質量g-C3N4膜的製備未明確計算其經濟成本，如何精確計算其經濟成本也是一個難點。同時g-C3N4膜在長時間的光催化過程中，產生的一些有機污染物可能會被降解和釋放，造成新的環境問題。未來發展的2D g-C3N4膜應從能耗、成本、滲透性能和可擴展性等方面進行綜合評價，研究者應更加關注2D g-C3N4膜的整體性能而不僅僅局限於單一性能指標。

藍偉光是廈門大學教授、新加坡囯家科技研究局傑出訪問科學家、新加坡國立大學兼職教授、廈門大學水科技與政策研究中心首席科學家、廈門大學膜技術應用與推廣中心暨中國科創板首家膜科技上市公司三達膜環境技術股份有限公司（簡稱：三達膜；代碼：688101）創始人。他率領團隊開發了500多項先進的膜分離工藝，獲頒100多項專利發明，掌握了先進膜材料開發與應用的核心技術，創造了良好的經濟與社會效益。

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Aug 30 Tue 2022 09:31
Carbontech - 可變表面形態的碳氣凝膠，用於電磁波吸收

1成果簡介

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Aug 30 Tue 2022 09:30
Carbontech - ACS Nano：雙曲面石墨烯框架突破複合材料導電導熱功能增強效率極限

聚合物功能複合材料具有成本低、易加工成型以及多功能特性，在現代生活中發揮着越來越重要的作用。傳統的功能複合材料通常採用直接混合的方式製備，按照幾何形貌，常用填料可分為零維粒子、一維納米線、二維納米片。複合材料遵循逾滲理論，在填料含量超過一定值時，材料性能大幅度提升。目前，大多數工作主要圍繞逾滲閾值展開，即填料在複合材料中形成連續傳導通路的最低含量。但是，在形成逾滲通路後聚合物複合材料的導電及導熱性能有限，一般難以滿足生產生活中的需求。因此，當填料分數超過逾滲閾值後複合材料導電導熱性質的衍變，即形成填料網絡對於複合材料性能的增強效率，是決定功能複合材料應用的關鍵。

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Aug 30 Tue 2022 09:30
BioArt植物 - 招聘 | 中國熱帶農業科學院三亞研究院紀長綿課題組招聘生物信息工程師（科研助理）

生物信息工程師（2-3人）

紀長綿（https://orcid.org/0000-0001-8781-4063），副研究員，中國熱帶農業科學院引進的高層次人才，現為熱帶生物組學大數據中心副主任。先後入選海南省「千人專項」引才計劃、海南省自由貿易港E類人才等人才項目。團隊主要運用生物組學大數據和現在分子育種等領域前沿技術系統地開展作物基因組進化與馴化、優良農藝性狀形成遺傳機制研究，助力熱帶高效農業。相關研究成果發表在Nature genetics、Genome biology、Advanced science、Molecular plant等學術期刊。負責人具有多年高通量測序領域工作經歷和團隊培養經驗，生物大數據團隊由年輕人組成，工作氛圍松友好，內部建立了系統的學習交流與新人培養機制，並且與國內外知名高校和研究院所課題組具有良好合作基礎。因實驗室和課題需要誠邀對生物組學大數據和生物信息感興趣的年輕人共事，共同成長。課題組歡迎有意向聯合培養的優秀碩士研究生和博後加盟（長期有效）。

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