东华大学|俞建勇院士丁彬教授刘一涛教授：高导电、高弹性的多功能TiO2纳米纤维气凝胶- 大数跨境

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东华大学|俞建勇院士丁彬教授刘一涛教授：高导电、高弹性的多功能TiO2纳米纤维气凝胶

科学材料站

2020-09-10

导读：本文报道了一种全新的TiO2本体形式—超轻、高弹TiO2纳米纤维气凝胶。他们以柔性TiO2纳米纤维为构筑基元，以少量SiO2溶胶为化学交联剂，利用冷冻成型的方法，实现TiO2纳米纤维的定向组装，制备出

东华大学研发出高导电、高弹性TiO2纳米纤维气凝胶

研究背景

作为一种重要的原材料，二氧化钛已被广泛应用于与人类生活密切相关的行业，如涂料、防晒霜、食品添加剂等。2019年全球市场规模达到166.4亿美元，未来五年复合增长率预计高达7.6%。但这些TiO2材料在宏观上主要以粉末的形式存在，容易通过呼吸系统进入人体，从而造成健康风险。

因此，欧盟已于2020年2月18日正式将“含1%或以上二氧化钛的粉末状混合物（以空气动力学直径≤10μm的颗粒形式存在或并入其中）列为第二类致癌物。

此外，这些纳米材料很难回收利用，一旦释放到环境中，对自然界的动植物会产生生物毒性。因此，开发和使用安全系数高、易回收的自支撑TiO2材料是一项具有挑战性的任务。

文章简介

近日，东华大学纺织科技创新中心俞建勇院士、丁彬教授、刘一涛教授报告了一种新型二氧化钛本体形式-超轻、高弹性的TiO2纳米纤维气凝胶。他们以柔性TiO2纳米纤维为构筑基元，少量SiO2溶胶为化学交联剂，采用冷冻成型的方法实现了TiO2纳米纤维的定向组装，制备出了具有有序胞腔结构的TiO2纳米纤维气凝胶。

纳米纤维气凝胶可以在高达40%的应变下反复压缩而不发生明显的塑性变形，具有优良的动态力学性能。此外，纳米纤维气凝胶还具有超低体积密度（0.5mg cm-3）和超高孔隙率（>99%）。此外，通过锂金属的还原生成了丰富的氧空位，从而有效地调控了TiO2的电子结构，其电导率高达38.2mS cm-1。

作为一种概念验证，研究人员将该纳米纤维气凝胶作为一种新型的自支撑电催化剂用于环境固氮，表现出优异的电催化活性。此外，纳米纤维气凝胶在酸性、碱性和中性电解质中表现出优异的耐久性。密度泛函理论（DFT）计算表明，氧空位的存在可以促进氮的吸附和活化，从而有助于提高电催化活性。除了在电催化领域的应用外，高导电、超轻、高弹性的TiO2纳米纤维气凝胶在储能、光催化、柔性电子器件等领域也有着广阔的应用前景。

该工作以“Conductive and Elastic TiO2 Nanofibrous Aerogels: A New Concept toward Self-Supported Electrocatalysts with Superior Activity and Durability”为题发表在国际知名期刊Angew上（Angewandte Chemie International Edition, DOI: 10.1002/anie.202010110）。

该文章的第一作者是东华大学纺织学院张猛博士生

丁彬教授和刘一涛教授为本文的共同通讯作者

该工作同时得到了国家自然科学基金、上海市自然科学基金、上海市教育委员会、东华大学励志计划等项目的大力资助。

全文链接：

https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.202010110

结论

TiO2纳米纤维气凝胶的有序胞腔结构可以使其具有超低的体积密度、超高的孔隙率以及良好的弹性