前沿 | Science 之后今年第6篇顶刊 - 哈工大邵路教授团队 Adv. Mater.: 前生命化学启发的“膜”法创新- 大数跨境

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前沿 | Science 之后今年第6篇顶刊 - 哈工大邵路教授团队 Adv. Mater.: 前生命化学启发的“膜”法创新

两江科技评论

2023-10-30

导读：哈工大化工与化学学院邵路教授作为通讯作者今年来已经发表顶刊论文6篇，包括Science (1篇)、Natur

哈工大化工与化学学院邵路教授作为通讯作者今年来已经发表顶刊论文6篇，包括Science (1篇)、Nature Communications (2篇)、Science Advances (1篇)、Angew Chem. (1篇) 和刚刚发表的Advanced Materials （1篇）。接下来介绍一下邵路团队Advanced Materials论文关于前生命化学启发的“膜”法创新研究工作。

压力驱动膜工艺在低碳废水处理和水净化中发挥着越来越重要的作用，它们与人类社会的可持续发展密切相关。污染物在膜/水溶液界面的吸附引起的膜污染限制了膜组件和设备的有效和持久运行。因此，膜污染及防治一直是分离膜行业的痛点和研究热点。膜污染后通常需要将膜片从分离设备中移出进行离线非原位清洗，但意味着显著的经济和生产成本。而催化清洁膜凭借有效的环境刺激响应可以实现对污染物的排斥和降解，为原位减轻膜污染提供了巨大的应用潜力。然而，在绿色温和条件下构建高效催化清洁膜方面仍然存在巨大挑战，特别是基于广泛使用的惰性疏水聚合物分离膜。

在自然界中，前生命化学及生命起源分子衍生的多功能大分子合成为自然进化提供了一个极其多样化的化学宝库。团队将目光转移到前生命化学启发“膜法”功能材料创造方向！

图1、前生命化学启发矿化改性制备新型催化清洁膜示意图

经过近几年不懈努力研究，团队发现通过在氨基丙二腈生命起源小分子聚合过程中原位加入金属离子引入离子耦合作用可以明显增强后续介导金属氧化物的矿化效果，在室温水溶液体系中成功构筑催化清洁分离膜。与没有离子耦合作用介导合成的对照组矿化改性膜相比，离子耦合介导矿化合成的改性膜具有致密的微纳结构。该合成制备过程绿色、温和、普适，可在室温水溶液体系中进行。研究成果以“前生命化学启发矿化制备原位催化清洁膜”（Engineering in situ catalytic cleaning membrane via prebiotic-chemistry-inspired mineralization）为题发表在《先进材料》（Advanced Materials）上。

图2、原位离子耦合相互作用模拟计算图

该离子耦合介导矿化策略赋予新型矿化改性膜优异的表面能和极性分量，改性膜表现出超低的水下原油粘附力。得益于主动催化防污协同被动水合防污，该离子耦合介导矿化膜在水包油乳液的错流连续分离测试过程中表现出强大的原位再生功效以及较轻的膜污染。研究对膜原位再生的过程进行品质因数评价，改性膜的原位再生品质因数是对照组的9倍。结合测试结果和理论计算研究分析，氨基丙二腈分子可以与Mn²⁺产生强烈的相互作用，揭示了氨基丙二腈和Mn²⁺的原位离子耦合聚合过程为氧化锰矿化和生长提供了反应性成核位点。而且研究发现离子耦合介导的聚氨基丙二腈复合功能涂层具有普适的粘附性，适合聚四氟乙烯等多种惰性高分子膜材料的功能化改性。研究中首次提出的前生命化学衍仿生矿化改性方法不仅能应用于新型低碳分离功能膜的合成制备，还在构建前生命化学启发的多功能工程材料方向上具有广阔的应用前景。

哈工大为论文第一通讯单位。邵路教授和美国阿贡国家实验室Seth B. Darling博士为论文共同通讯作者。哈工大化工与化学学院杨晓彬助理教授为论文第一作者。邵路教授团队长年招收优秀生源“快速响应”博士生，随时申报，每月进行一批！具体要求见：

http://yzb.hit.edu.cn/2023/0609/c8824a313710/page.htm

邵路教授为哈工大长聘教授、英国皇家化学会会士、黑龙江省杰出青年科学基金获得者、中国化工学会分子辨识分离工程专委会委员，任npj Clean Water 副主编（Nature 合作期刊）、Journal of Membrane Science、Advanced Membranes、ACS ES&T Engineering编委或顾问编委等职务，连续入选“中国高被引学者”榜单和全球前2%顶尖科学家榜单（最新2022年度国内化学工程领域排名第11位）。