UBC姜锋教授等《AM》：3D打印助力纳米纤维素氯化锂吸收剂从空气中快速集水

  原标题：UBC姜锋教授等《AM》：3D打印助力纳米纤维素/氯化锂吸收剂从空气中快速集水

  不列颠哥伦比亚大学姜锋教授团队、华南理工大学陈港教授、东北林业大学陈文帅教授《AM》：3D打印助力纳米纤维素/氯化锂吸收剂从空气中快速集水

  吸湿性盐基复合吸收剂是使用太阳能驱动进行大气集水（AWH）的抱负挑选之一，传统的规划战略是将吸湿性盐负载到多孔基质中，但外表吸湿位点的失活及结构的高弯曲度导致吸收剂的水蒸汽吸收及开释速率较慢，虽然定向冷冻干燥法可以终究靠构建笔直摆放的孔结构进步吸收剂的水蒸汽吸收及开释速率，但对笔直孔结构的精准调控仍存在应战。

  近来，不列颠哥伦比亚大学姜锋教授、华南理工大学陈港教授、东北林业大学陈文帅教授协作，使用3D打印结合冷冻干燥技能，开发了一种兼具高度笔直对齐的毫米级孔结构及微米级孔结构的纳米纤维素/氯化锂复合吸收剂，其分级的孔结构规划为避免氯化锂的走漏及加速水蒸汽的吸收及开释供给了一种新的战略。该研讨成果以“3D Printed Cellulose Nanofiber Aerogel Scaffold with Hierarchical Porous Structures for Fast Solar‐driven Atmospheric Water Harvesting”为题宣布于世界尖端期刊《Advanced Materials》，不列颠哥伦比亚大学博士后朱朋辉为论文的榜首作者。

  经过3D打印及冷冻干燥技能，构建了双层结构的纳米纤维素/氯化锂-纳米纤维素/碳纳米管多孔吸收剂。由3D打印和冷冻干燥衍生的多标准孔结构能有用添加氯化锂露出于空气中的吸湿活性位点，完成底层纳米纤维素/氯化锂结构对水蒸气的快速吸收并贮存于亲水性纳米纤维素网络中。一起，顶层的纳米纤维素/碳纳米管可以将吸收的太阳能转化为热能以快速蒸腾底层结构吸收的水（如图1所示）。

  图2. 纳米纤维素的形状、纳米纤维素3D打印墨水的流变功用以及所制备纳米纤维素/氯化锂支架的物理功用和形状表征。

  3D打印和冷冻干燥法分别在纳米纤维素/氯化锂支架中引进笔直对齐的毫米级网格结构和微米级孔结构（如图2所示）。

  与惯例冷冻干燥法制备的纳米纤维素/氯化锂气凝胶吸收剂比较，3D打印支架吸收剂表现出更高的水吸收量与水吸收速率，标明笔直的毫米级网格结构不只仅可认为吸水供给更多的活性位点，一起也可以有用缩短水分在结构中的分散途径。此外，支架从空气中吸收的水可有用贮存至纳米纤维素构成的网络中（如图3所示）。

  图4. 纳米纤维素/氯化锂-纳米纤维素/碳纳米管双层支架的水开释功用表征。

  得益于纳米纤维素/碳纳米管层的光热转化功用，双层支架比单层纳米纤维素/氯化锂支架表现出更高的水蒸腾速率；此外，与惯例冷冻干燥法制备的双层气凝胶比较，3D打印双层支架相同具有更高的水蒸腾速率，标明笔直的毫米级网格结构也有助于加速水分的开释（如图4所示）。

  图5. 纳米纤维素/氯化锂-纳米纤维素/碳纳米管双层支架阵列实践大气集水功用展现。

  野外试验标明，3D打印双层支架可以成功地从空气中进行集水。一起，因为3D打印技能的灵活性，也可规划出不一样的形状的支架结构和包含很多支架的阵列结构，展现了3D打印纤维素基支架在大气集水范畴的潜在使用远景（如图5所示）。

  陈文帅，东北林业大学教授、博士生导师。黑龙江省青联常委、黑龙江省“新青年奖”十佳人物、黑龙江省青年五四奖章。国家级青年人才、国家自然科学基金优秀青年科学基金项目获得者。当选我国科协青年人才托举工程、国家林业和草原局林草科学技能立异青年优秀人才、龙江学者青年学者。首要是做木材物理学研讨，在林木纤丝解聚、重组与高效使用方面做出一系列立异性研讨工作。在Nature Communications、Advanced Materials、Chemical Society Reviews、Matter等期刊宣布研讨论文90余篇。当选斯坦福大学“全球前2%尖端科学家”榜单。获授权国家发明专利10余项。在科学出书社出书学术著作2部、出书英文书章1部。获2023 Energies Award、梁希林业科技奖自然科学二等奖、我国化学会纤维素专业委员会青年学者奖、我国林业青年科技奖、黑龙江省青年科技奖、黑龙江省高校教师教育立异大赛二等奖、教育基金会高等院校青年教师基金等奖赏。现担任我国青年科技工作者协会会员、我国化学会纤维素专业委员会委员、我国林学会木材科学分会委员、东北林业大学学术委员会委员。担任Science Bulletin和《科学通报》特邀编委。

  陈港，博士，博士生导师，制浆造纸工程国家要点试验室科研主干，现任华南理工大学特种纸研讨团队首席教授，特种纸技能立异渠道负责人，国家级教育团队负责人，我国造纸学会理事，我国造纸学会涂布加工纸专业委员会副主任，我国造纸学会纳米纤维素及资料专业委员会委员，广东省特种纸与纸基功用资料工程技能研讨中心主任，广东省造纸学会常务副理事长，广东造纸职业协会副会长，担任《我国造纸》、《我国造纸学报》编委以及多家职业有突出贡献的公司技能顾问。首要研讨范畴是造纸新技能与特种纸，包含特种纸新技能、纸基功用资料、纸张涂布技能与理论、多种纤维混合成型机理、纳米纤维素制备及使用、造纸化学品的优化及使用、纸张防伪技能、功用资料在造纸进程的使用等。先后掌管和参与国家要点研制方案、工信部要点职业绿色制作系统集成项目、国家自然科学基金、国家“973”方案、省自然科学基金、省高新技能成果孵化项目、粤港要点范畴重大突破投标项目等。近年在AM、AFM、CEJ、CM、JMCA、ACS AMI、Langmuir等世界闻名刊物宣布研讨论文多篇，编写专著2本，具有36项授权发明专利。