轻工学院张素风教授团队在高性能纤维素膜等方面取得重要进展

近期，我校轻工科学与工程学院（柔性电子学院）张素风教授团队在高性能纤维素膜、可充电锌-空气电池、纸基传感器检测等方面取得重要进展。在Advanced Fiber Materials（IF = 17.2）、Carbohydrate polymers (IF = 10.7)、Small（IF = 13）、Cellulose（IF = 4.9）等期刊上发表了多篇研究论文。

1. 高性能纤维素膜

高性能纤维素膜可用于柔性传感、气体分离、膜反应器等领域。关注膜材料的制备工艺和应用技术，通过优化制备工艺和改进应用技术，提高膜材料的性能和使用寿命，可有效推动其在相关领域的应用和发展。

本课题组研究了一种由羧化纤维素纳米纤维(C-CNFs)介导的水性碳纳米管分散方法。利用CNFs的成膜特性和CCNT的面内定向自组装特性，制备出具有高导电性(67 S cm⁻¹)和高力学性能(抗拉强度为153 MPa)的复合自支撑膜。此外，所得的生物基CCNT油墨与各种印刷工艺兼容，并适应各种承印物。相关研究成果以“High-performance cellulose nanofibers/carbon nanotubes composite for constructing multifunctional sensors and wearable electronics”为题发表在国际期刊Advanced Fiber Materials（文章链接：https://doi.org/10.1007/s42765-024-00388-7）。

同时，研究了一种通过电化学沉积高质量二氧化锰(MnO₂)到纳米纤维素(CNF)和碳纳米管(CNT)导电膜表面的方法来构建具有高电容和机械性能的柔性复合电极材料。相关研究成果以“Nanocellulose/carbon nanotube/manganese dioxide composite electrodes with high mass loadings for flexible supercapacitors”为题发表国际期刊Carbohydrate Polymers（文章链接：https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121661）。

2. 可充电锌-空气电池

可充电锌-空气电池因其环保、高能量密度（可达1086 Wh kg^-1）和锌资源丰富而备受关注。然而，阴极反应的动力学缓慢限制了其广泛应用。虽然贵金属催化剂如Pt和RuO₂/IrO₂常用于解决这一问题，但高成本和易腐蚀等问题阻碍了它们的使用。

近日，本课题组周秋生副教授在设计高性能双功能氧电催化剂并应用于可充电锌-空气电池方面取得重要进展，相关成果以“In Situ construction of zinc-mediated Fe, N-codoped hollow carbon nanocages with boosted oxygen reduction for Zn air batteries”为题发表在Small期刊（文章链接：https://doi.org/10.1002/smll.202307943）。本文通过热解表面聚合铁掺杂聚多巴胺ZIF-8多面体，合成了锌诱导的Fe, N共掺杂碳纳米笼(Zn-FeNCNs)。理论计算和实验结果均表明，多面体与聚多巴胺之间的强相互作用促进了高活性锌调制的FeNx位点的演化和电子传递，从而提高了氧析反应(OER)和氧还原反应(ORR)的双功能催化活性。此外，当将该催化剂应用于固态电池时，该器件在不同弯曲角度下表现出优异的机械稳定性和较高的往返效率。

3. 核酸快速检测

近年来，核酸快速检测作为一种特异性好、灵敏度高的技术已被广泛应用于疾病诊断、食品安全检测和环境监测等诸多领域。样品裂解是核酸快速提取中最重要的一步。目前，核酸快速提取裂解试剂往往需要棕色试剂瓶低温且避光保存，存在携带不便、操作复杂、成本昂贵、耗时和不环保等缺陷。

本课题组唐蕊华副教授在纸基传感器检测研究方面取得一定进展，相关成果以“Carboxymethyl chitosan/alginate/polyethylene glycol composite hydrogel for nucleic acid lysis solution storage at the point of care”为题发表在Cellulose期刊（文章链接：https://doi.org/10.1007/s10570-024-05889-7）。本研究通过物理交联的方法研发了一种pH响应的羧甲基壳聚糖/海藻酸钠/聚乙二醇(CMCS/SA/PEG)复合水凝胶，采用干浸渍法储存样品裂解液。结果表明：CMCS/水杨酸/聚乙二醇6000复合水凝胶具有较大的孔径(256.58±5.58微米)、良好的湿强度(282.3 Kpa)、优异的溶胀率(706.91±6.69%)、较高的吸水倍率 负载量(90.46±1.13%)，降解良好容量(77.87±1.45%)和快速响应时间 (15 s)。此水凝胶可以与滤纸一起集成于注射器中组装成一种核酸快速提取装置。

（核稿：刘国栋 编辑：赵诚）