瞿金平院士团队《ACS AMI》：基于泡沫状氮化碳和四氧化三铁的双模驱动微马达增强可控性和光催化性能

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微/纳米马达具有优异的自主运动和微尺度操控功能，在生物医学和环境治理等领域具有广泛的应用前景。在这些领域中，环境修复方向备受关注。微/纳马达的运动和对流引起的液体混合作用能够显著增强污染物与微马达的传质与接触效率，从而将受限于扩散作用的传统废水处理速度提高一个数量级以上。同时，微/纳马达集群可能是高效环境修复的最佳解决方案。然而，单驱动微/纳米马达的控制方式单一，无法适应复杂的自然及工业环境需求。因此，开发一种能够实现集群行为以及多重操控功能的微纳马达仍然是一个挑战。

近日，华中科技大学瞿金平院士/牛冉研究员团队以泡沫状C₃N₄和Fe₃O₄纳米粒子为基础，制备了一种新型的双模驱动微马达（图1）。其中三维多孔泡沫状C₃N₄的孔隙结构增加了比表面积，使离子通透性增强（图2），而原位沉积的Fe₃O₄纳米粒子引入了电子捕获能力，提高了光捕获和电子-空穴分离效率（图3）。Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达在可见光辐照和低浓度H₂O₂（≤2%, v/v）燃料水平下表现出较强的光驱动/催化活性（图4）。同时在外加磁场下，Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达的集体行为可以在局部产生高浓度的催化剂，大大提高了污染物脱除效率（图5）。此外，原位形成的Fe₃O₄不仅有利于微马达的分离与循环利用，而且在外加磁场的引导下具有定向催化功能（图6）。因此，该低成本、易于回收、运动可控的Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达在生物医学和环境领域具有广阔的应用前景。

图1（a）Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达的制备。（b）可见光或外加磁场下Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达的自推进机制。

 图2（a）泡沫状C₃N₄和（b,c）Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达的形貌表征图、选区电子衍射图，以及（d）XRD图。

图3（a）UV-vis漫反射光谱，（b）光致发光光谱（激发光：350nm），（c）光电流密度图。（d）Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达的磁滞回曲线。

图4 可见光驱动Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达的运动特性。

图5（a-d）Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达对TC的去除曲线。（e）Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达集群在旋转磁场下

 图6 外加磁场控制Fe₃O₄/f-C₃N₄微马达顺序降解左、右储层中的罗丹明B。

该工作以Dual-Mode Driven Micromotor Based on Foam-Like Carbon Nitride and Fe₃O₄ with Improved Manipulation and Photocatalytic Performance为题发表于ACS Applied Materials & Interfaces (影响因子10.383)。论文第一作者为华中科技大学化学与化工学院2021级博士研究生冯凯，论文通讯作者为牛冉研究员，论文作者还包括瞿金平院士和龚江研究员。该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发项目以及华中科技大学人才引进启动基金的资助。

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c10590

团队简介：

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华中科技大学瞿金平院士团队自2019年组建至今，主要围绕多相多组分体系传递与反应过程强化、生态难消纳物质绿色化替代与再利用、功能材料绿色高效制造与产业化应用开展相关研究工作。团队与国内外众多高校、研究机构和企业保持密切合作，目前在研纵向和横向项目多项，拥有一批先进的高分子材料合成、加工和测试表征仪器设备，具备完善的研究设施和科研条件。团队常年招收硕士研究生、博士研究生、科研助理、机械工程师和博士后（联系邮箱：[e-mail]）。

牛冉，华中科技大学化学与化工学院研究员、博士生导师，主要研究领域为微纳马达和新能源材料。目前以第一或通讯作者身份在PRL、PNAS、Sci. Adv.、ACS Nano、Small、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A、Energy Environ. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等具有重要影响力的国际刊物上发表SCI论文近50篇，主持承担国家自然科学基金、重点研发计划等国家和省部级科技项目多项，并获得湖北省海外高层次人才计划、武汉英才等多项荣誉奖励。

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