氣凝膠近期頂刊十大研發成果！

三維(3D)彈性氣凝膠可以實現多種應用，但通常受到其低熱和電傳遞效率的限制。目前，制備集成高彈性、導熱性和導電性的氣凝膠材料仍然是一個巨大的挑戰。

陜西科技大學宋浩杰教授和西北工業大學付前剛教授、宋強研究員等人提出了一種利用六方氮化硼納米帶(BNNRs)與原位生長的正交結構石墨烯(OSG)組成的雜化碳/陶瓷結構單元制造高導熱和導電氣凝膠的方法。由此得到的OSG/BNNR混合氣凝膠在45.8 mg cm^-3的低密度下表現出非常高的導熱性和導電性(分別高達7.84 W m^-1K^-1和340 S m^-1)。此外，混合氣凝膠具有寬溫度不變超彈性(−196 ~ 600℃)、低壓驅動焦耳加熱(在1-4 V下可達42-134℃)、強疏水性(接觸角可達156.1°)和強大的寬帶電磁干擾屏蔽(EMI)等綜合性能，在反復機械變形和強酸或強堿溶液的長期浸泡下均能保持良好。

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https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07187

2、AFM：《氣凝膠納米包覆摩擦電紗在高溫環境下采集電能》“Harvesting Electrical Energy from High Temperature Environment by Aerogel Nano-Covered Triboelectric Yarns”

將電源集成到織物中為可穿戴技術提供了廣闊的發展前景。其中摩擦納米發電機（TENG）為集成到織物中的智能電子紡織品提供了新的思路。然而，TENG具有摩擦起電材料固有的局限性，難以抵抗高溫。

中國科學院北京納米能源與系統研究所王中林院士、陳寶東副研究員等人提出了一種基于全紗線的摩擦電納米發電機(Y-TENG)，文章采用簡單的工藝策略，在聚酰亞胺納米包覆層靜電紡絲過程中引入二氧化硅氣凝膠，制成多層穩定的摩擦電紗。可以在25 ~ 400℃的溫度范圍內收集電能并感知生物運動，大大提高了溫度上限。進一步研制了配合智能防護服的自供電運動特性監測系統，可以實現實時感知和救援，驗證了該材料在能量發生器方面具有廣闊的應用前景。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202205275

3、Adv. Mater.：《超彈性凱夫拉爾納米纖維氣凝膠作為智能熱管理的穩健熱開關》“Hyperelastic Kevlar Nanofiber Aerogels as Robust Thermal Switches for Smart Thermal Management”

熱開關是一種調節熱阻并根據需要將其置于“開”或“關”模式的裝置。大多數熱開關需要通過復雜的結構設計，設計簡單且輕便高效的熱開關具有挑戰性。

東南大學孫正明教授、張培根副教授和中科院蘇州納米所王錦項目研究員等人采用慢質子釋放調制凝膠和熱誘導交聯策略，設計并制備了超彈性Kevlar納米纖維氣凝膠(HEKAs)。該方法不使用交聯劑，且HEKAs表現出超低密度(4.7 mg cm⁻³)低導熱系數(0.029 W m⁻¹ K⁻¹)、高孔隙率(99.75%)、高熱穩定性(550°C)、增加的壓縮回彈性(80%)和抗疲勞性。該熱開關具有較快的熱響應速度(0.73°C s⁻¹)、高熱流通量(2044 J m⁻² s⁻¹)和7.5的開關比。研究為滿足多孔氣凝膠的超彈性和按需定制熱流提供了一條途徑。

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https://doi.org/10.1002/adma.202207638

4、AFM：《來自全生物質前驅體的穩健碳質納米纖維氣凝膠》“Robust Carbonaceous Nanofiber Aerogels from All Biomass Precursors”

開發可大規模生產的可控、可持續、低成本的路線來生產具有良好機械性能的氣凝膠仍然是一項艱巨的挑戰。

中國科學技術大學俞書宏院士團隊提出了利用生物質納米纖維模板定向水熱炭化法制備碳質納米纖維氣凝膠的通用路線。該方法所制備的碳質納米纖維表面暴露出豐富的官能團，與傳統的天然生物聚合物氣凝膠相比，通過調整合成參數，CNFAs獲得了良好的可回收性和高強度的優越組合。通過將3D交聯結構與CNF表面的不同官能團相結合，構建了一種價格低廉的快速水處理裝置，可實現染料的快速去除（3183 L h^-1m^-2）和高吞吐量（超過90%的去除效率）。該文提出的合成方法和可持續發展的概念將為廣泛制備具有獨特性能的高級氣凝膠開辟新的途徑。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202207532

5、CEJ：《具有持久的熱流體超驅避性能的彈性氟改性SiO₂@sponge復合氣凝膠》“Durable thermal fluid super-repellency of elastic fluorine-modified SiO₂@sponge composite aerogel”

彈性氣凝膠材料具有持久地在空氣中進行熱管理的巨大潛力。然而，由于熱流體的吸濕性，如何直接持久地在熱流體中保持穩定仍然是一個重要的挑戰。

西南科技大學材料與化學學院&環境友好能源國家重點實驗室王山林副教授團隊制造了一種彈性氟改性SiO₂@sponge復合氣凝膠，它密度低，比表面積高，在空氣中的導熱系數低，具有高應力-應變(60%應變下大于180kpa)，以及多項優秀熱管理性能，且在60%應變下壓縮1000次循環仍具有良好的性能。在直接面對200 mL熱液體或熱蒸汽12小時后，最高背溫低于60℃。該材料將為在熱管理領域特別是流體熱管理領域的應用提供更顯著的適應性和選擇性的獨特優勢。

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https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140247

6、Adv.Sci.：《超彈性三維組裝粘土/石墨烯氣凝膠用于連續太陽能海水淡化和油/有機溶劑吸收》“Superelastic 3D Assembled Clay/Graphene Aerogels for Continuous Solar Desalination and Oil/Organic Solvent Absorption”

近年來，新開發的太陽能界面蒸發技術引起了廣泛關注。但在處理高濃度鹽水時，構建可長期保持高蒸發速率的太陽能蒸發裝置是一個巨大的挑戰。

山東第一醫科大學李晨蔚教授、丁美春副教授與中科院化學所劉琛陽研究員等利用商業泡沫作為犧牲骨架，制備了超彈性、任意形狀的三維組裝粘土/石墨烯氣凝膠(CGAs)用于太陽能脫鹽和有機溶劑吸附。CGAs在95%的壓應變和0.09 ~ 0.23 MPa的壓應力下具有超彈性。使用粘土作為骨架支撐顯著減少了石墨烯50%的使用。疏水性CGAs的溶劑吸收能力為自身重量的186 ~ 519倍。此外，研究人員還設計了三維組裝的親水CGA可以用于高效太陽能除鹽。組裝的CGA系統表現出極高的蒸發率和優異的耐鹽性能，即使在20 wt%的鹽水中連續36小時照明，也沒有鹽沉淀，這是太陽能海水淡化裝置中報道的最佳結果。該工作在連續太陽能脫鹽和高效的油/有機溶劑吸附方面具有巨大的應用潛力。

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https://doi.org/10.1002/advs.202205202

7、Adv. Mater.：《高熵合金氣凝膠:二氧化碳減排的新平臺》“High-entropy Alloy Aerogels: A New Platform for Carbon Dioxide Reduction”

高熵合金氣凝膠(HEAAs)結合了高熵合金和氣凝膠的優點，是催化反應中很有前景的新平臺。然而，由于不同金屬的還原勢和混相行為的差異，單相HEAAs的實現仍然是一個巨大的挑戰。

江南大學化學與材料工程學院劉天西教授團隊采用凍融法制備了一系列高熵合金氣凝膠，作為二氧化碳還原反應(CO₂RR)的高活性、耐久電催化劑。機理研究表明，高熵合金氣凝膠獨特的三維網絡結構、金屬間的強相互作用以及表面豐富的不飽和位點，調控了其電子結構，優化了催化劑表面HCOO*中間體的吸附和解吸強度，抑制了一氧化碳的吸附及析氫副反應，從而增強了其催化活性、選擇性及穩定性。這項工作不僅為HEAAs的制備提供了一種簡便的合成策略，而且為高效催化劑的開發開辟了道路。

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https://doi.org/10.1002/adma.202209242

8、Angew：《純天然木材氣凝膠》“An All-Natural Wood-Inspired Aerogel”

木材的定向孔結構使其具有多種優異的性能，其中較低的導熱系數吸引了研究者們開發類木材氣凝膠作為優良的隔熱材料。然而，日益增長的環保要求對氣凝膠的可持續性提出了新的嚴格要求。

中國科學技術大學俞書宏院士和管慶方副教授團隊報道了一種由純天然成分組成的純天然木材氣凝膠，并開發了一種激活表面惰性木材顆粒的方法來構建氣凝膠。該方法得到的木質氣凝膠具有與天然木材相似的通道結構，使其具有比大多數現有商業海綿更好的隔熱性能。此外，還具有優異的阻燃性和完全的生物降解性。由于上述突出的性能，這種可持續的木材氣凝膠將是現有商業熱絕緣劑的理想替代品。

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https://doi.org/10.1002/ange.202211099

9、ACS Nano：《石墨烯氣凝膠錨定TinO_2n-1/MXene分層雙功能催化劑用于柔性高能鋰硫電池》“TinO_2n-1/MXene Hierarchical Bifunctional Catalyst Anchored on Graphene Aerogel towards Flexible and High-Energy Li–S Batteries”

具有高能量密度、靈活性和安全性的鋰硫(li -硫)電池的發展對新興的植入式設備、生物監測和可卷起顯示器非常有吸引力。然而，現有的硫陰極、易燃液體電解質和極活性鋰陽極的循環穩定性和靈活性差，引發了嚴重的電池性能下降和安全問題。

北京航空航天大學Shichao Zhang、邢雅蘭副教授、清華大學深圳國際研究生院周光敏副教授團隊提出了一種由3D柔性正極、GPE和機械性能增強的鋰金屬負極組成的靈活安全的柔性鋰硫電池。金屬1T MoS₂和富氧空位TinO_2n-1 /MXene分層雙功能催化劑(Mo-Ti /Mx)，錨定在還原氧化石墨烯-纖維素納米纖維(GN)宿主(Mo-Ti /Mx - GN)上作為三相正極材料，結合Li₂S₆電解液以解決上述問題。通過應用定向凝固工藝，實現了具有波浪形多拱形態的柔性GN支架的分層結構。1T MoS₂和TinO_2n-1 /MXene的協同作用有利于抑制鋰多硫化物(LiPSs)的穿梭行為，加快硫物種的氧化還原動力學，促進鋰多硫化物電催化還原為Li₂S。Mo-Ti/Mx-GN電極即使在高硫負載量（8.4 mgs cm^-2）和貧電解液（7.6 μL mgs^-1）條件下，仍然表現出良好的循環穩定性。由Mo-Ti/Mx-GN柔性電極、GPE和機械性能增強的鋰負極組裝的軟包Li-S電池表現出優異的柔性和安全性能。

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https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08246

10、AFM：《用于水分誘導能量收集和自供電電子皮膚的仿生氣凝膠》“Biomimetic Aerogel for Moisture-Induced Energy Harvesting and Self-Powered Electronic Skin”

基于濕電發生器的藍色能源得到了廣泛的研究。提高MEGs系統的功率，擴大其在自供電電子皮膚中的應用還面臨著重大挑戰。

四川大學傅強教授、鄧華教授等人受蕨類植物結構的啟發，開發了一種仿生濕電氣凝膠IL-GO/GO@PVA作為MEGs用來收集能量。聚乙烯醇樹枝狀膠體充當“根”和“莖”，為運輸水分子提供支撐和通道。與此同時，“葉子狀”氧化石墨烯薄片通過與水直接相互作用來發電。此外，基于上述仿生結構，文章通過增加比表面積(120.4 m² g ^-1)和引入超高離子密度梯度(從−35 mV到+37 mV)進一步增強了meg的輸出性能。由于具有良好的吸水性，該材料具有良好的耐鹽性和循環穩定性。通過構建獨特的仿生結構、超高離子密度梯度和調節環境條件，該研究制備的高性能MEG，具備超高開路電壓(1.9 V)和短路電流(82.5 μ a)，以及擁有連續輸出MEG中行業領先的功率密度(22.55 μ W cm⁻²)。此外，作者演示了該MEGs部件能夠準確地響應環境和壓力變化，顯示出其在自供電電子皮膚中的應用潛力。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202210027