近日，团队傅迎春、应义斌教授与浙江大学高分子科学与工程学系高超教授团队合作，在NATURE子刊（Nature Communications）上发表研究论文“Sub-second ultrafast yet programmable wet-chemical synthesis”（图1，原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-023-40737-5）。
图1 该研究在Nature Communications期刊上发表的相关信息
易操作的纳米材料宏观组装体器件在农业信息感知、医学诊断和新能源等领域极具前景，合成是其中关键及前沿方向之一。常规采用体相溶液加热策略促进纳米材料在基底的原位生长以实现制备，由于体相加热具有温度低、升/降温速率慢、热场难调控等特点，现有方法存在合成时间长、消耗大、可控性差、器件性能不稳定等问题。
为此，该研究报道了一种革新的“湿界面焦耳热”方法（图2a），结合石墨烯膜基底超快焦耳热效应与薄层溶剂蒸发浓缩效应，基于新的“限域界面加热”机理，实现了器件基底上多种纳米材料的（亚）秒级超快、普适制备，如金属有机框架（MOFs）、共价有机框架、金属、金属氧化物及硫化物等。以合成MOFs为例，与现有体相加热方法对比，WIJH结晶速率最高提升105倍，能源消耗及前驱体浓度分别低至10-6和10-2倍（图2b）。同时，WIJH可通过设定电流程序控制纳米材料在基底的成核与生长过程，进而实现产物数量、尺寸和形貌等的个性化定制（图2c）。此外，基于所制备的HKUST-1/石墨烯膜，结合焦耳热策略，实现了对二氧化碳分子吸脱附行为的高效控制，有望发展成为农业、能源、食品、环境等领域有害及信息分子的感知、捕获及利用新平台（图2d）。
图2 WIJH方法。（a）示意图；（b）合成效率对比；（c）程序化制备及产物表征；（d）CO2可控吸脱附应用。
该研究是综合农业工程、化学和材料等多学科领域交叉融合的研究成果。论文第一单位为浙江大学生工食品学院。第一作者为浙江大学IBE团队、高分子系博士后张琳，通讯作者为浙江大学生工食品学院傅迎春教授、高分子系刘英军研究员和高超教授。傅迎春教授长期从事农业传感技术与装备研究，是浙江省自然科学基金杰出青年项目获得者，浙江大学应义斌教授领衔的智能生物产业装备创新团队（IBE）核心成员，绿色饲料与健康养殖国家工程研究中心畜禽生理生化信息传感器研究室主任，浙江大学-神牧科技畜禽养殖智能装备联合研究中心副主任。该研究得到了国家自然科学基金、浙江省自然科学基金、国家博士后科学基金、浙江省博士后科研项目、浙江大学高分子新物质创制国际研究中心等相关经费的支持及资助。
信息来源：浙大生工食品官网
