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二维离子通道薄膜层层自组装构筑两性离子防污表面及其性能研究

批准号:
22105174
项目类别:
青年科学基金项目(C类)
资助金额:
30.0 万元
负责人:
陈夏超
依托单位:
学科分类:
智能与仿生材料化学
结题年份:
2024
批准年份:
2021
项目状态:
已结题
项目参与者:
陈夏超

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
二维离子通道薄膜在盐差发电领域具有巨大的应用前景,但是表面污损严重限制其长期应用。生物细胞膜表面通过两性离子基团实现持久防污,同时内部具有良好的离子传输能力。受此启发,本项目拟设计功能化聚电解质进行层层自组装,在二维离子通道薄膜表面限域构筑仿生两性离子表面,通过控制聚电解质的界面扩散及复合效应,在形成防污屏障的同时避免影响离子通道内部的尺寸、电荷分布和离子选择性,从而突破其他表界面修饰方法易于渗入并破坏离子通道的局限性。重点研究组装单元、组装条件、基底类型与组装体表面及界面形态之间的内在联系及其对二维离子通道薄膜离子传输和表面防污的影响规律;搭建并测试以表面修饰后的二维离子通道薄膜为基础的盐差发电器件,探索获得高功率、高转换效率且长效防污的盐差发电器件体系。本项目将发挥超分子自组装体功能设计强、可精确调控的特点,为仿生离子通道材料的表界面功能化设计提供实验思路和理论依据。
英文摘要
Two-dimensional ion channel membranes feature their high-performance of harvesting salinity gradient energy, but suffer from the problem of surface fouling. In this project, we will confine the layer-by-layer assemblies of functional polyelectrolytes on the apparent surface of two-dimensional ion channel membranes to develop a bioinspired zwitterionic surface and try to avoid disturbing the ion transport of two-dimensional channels. The surface and interface of the modified membranes will be characterized, and the influence of assembling units, assembling conditions and substrates on the final structures of polyelectrolyte assemblies will be revealed. The ion transport and surface antifouling of the modified membranes will be investigated in detail, and their key factors will be found out to optimize the modification of the membranes. We will further construct and test a series of devices integrating the modified membranes for harvesting salinity gradient energy. This project will provide a feasible design and practical basis for the surface engineering of ion channel materials and pave the way to cope with surface-related challenges.
二维离子通道薄膜在盐差发电领域具有巨大的应用前景,但是表面污损严重限制其长期应用。本研究针对二维离子通道薄膜在天然水体中的表面防污问题,受生命体内高效物质交换界面所启发,基于正电氧化石墨烯和负电氧化石墨烯采用共形层层自组装的策略制备出具有三维形态特征的仿生超结构氧化石墨烯薄膜。通过研究其离子传输行为发现仿生超结构氧化石墨烯薄膜能实现阳离子选择性传输,而且超结构设计能显著改善二维纳流体薄膜的离子渗透性能。这主要是由于超结构设计在不改变薄膜离子选择性和不延长跨膜路径的情况下提供了更多的跨膜面积和纳流体通道。在模拟海水和河水盐差发电测试中,超结构薄膜可实现7.66 W/m2的输出功率密度,相比平坦薄膜提升了136%。通过藻类黏附实验发现,超结构设计还赋予薄膜优异的生物防污性能,为构建具有长效防污能力的高效盐差发电器件提供了设计思路和实验依据。在本项目支持下,项目负责人以通讯作者身份在Advanced Functional Materials、ACS Nano、Nano Letters、Small等期刊上发表SCI论文9篇,授权国家发明专利1项,培养硕士研究生3名。
表面聚乙二醇化二维离子通道薄膜的制备及其离子传输、盐差发电和防污效能研究
  • 批准号:
    LZJWY22B070008
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2021
  • 负责人:
    陈夏超
  • 依托单位:
基于先掺杂-后聚合方法的聚离子液体/导电聚合物复合柔性透明导电薄膜
  • 批准号:
    LQ21E030014
  • 项目类别:
    省市级项目
  • 资助金额:
    0.0万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    陈夏超
  • 依托单位:
国内基金
海外基金