长安大学颜录科教授团队 Small 封面：泥炭藓启发的小带隙g-C3N4纳米微球光催化膜用于太阳光驱动水净化

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日益恶化的水污染严重影响人类的生活和可持续发展，废水净化已成为人类社会关注的首要环境问题。膜分离技术是净化复杂废水体系最有效的策略之一。然而，严重的膜污染限制了它的进一步应用。近年来，光催化膜的研究为解决膜污染问题带来了希望。但传统的光催化膜在能量利用率、稳定性、毒性和环保等方面难以周全，严重制约了其应用发展。因此，人们对能量利用率高、稳定、无毒的光催化膜仍保持期待。

作为自然界提供的一种生物多功能超润湿表面，泥炭藓已经进化出多孔超亲水性叶片，可以主动将接触的雨水润湿到内部网络，吸收自身重量10~25倍的水以满足持续的生命需求，并且它分泌的泥炭酸（SA）和泥炭酚（SP）可以有效地灭活细菌（图1 a）。

受超亲水泥炭藓的启发，长安大学颜录科教授、宁波材料所陈涛研究员和清华大学王训教授合作，基于氢键作用将表面粗糙的石墨氮化碳纳米/微球（CNMS）沉积在聚丙烯酸功能化的碳纳米管（CNTs-PAA）网络上，设计了一种超亲水/水下超疏油0D/2D异质结复合膜（图2 b-c）。独特的分层设计可拦截污染物于CNTs-PAA层之外并保留在CNMS之间，使污染物与CNMS完全接触。此外，相较于传统的g-C₃N₄基滤膜，CNTs-PAA/CNMS光催化膜具有更小的带隙（1.77 eV），可通过可见光辐照产生活性氧降解污染物，从而防止污染物在膜表面结垢，减少孔堵塞并延长膜的使用寿命。

图1. 太阳光驱动的自清洁CNTs-PAA/CNMS异质结膜的制备示意图。（a）超亲水泥炭藓结构以及杀菌示意图，（b-c）膜的制备过程，（d）一体式废水净化示意图。

CNTs-PAA/CNMS光催化膜可以挑战性的净化复杂废水。首先，采用CNTs-PAA/CNMS光催化膜净化含有病原体微生物的废水。之后，再采用进行过抗菌试验的CNTs-PAA/CNMS光催化膜对含有不溶性油脂的油水乳液进行分离。最后，将太阳光驱动自清洁后的CNTs-PAA/CNMS光催化膜进一步用于净化含有可溶性有机污染物的废水。在连续净化过程中，膜的形态全程保持完整，表明CNTs-PAA/CNMS光催化膜具有良好的机械稳定性。CNTs-PAA/CNMS光催化膜优异的综合性能将使其成为净化实际复杂废水的一种极具潜力的材料。

图2. 一体式连续水净化示意图。（a）一体式净化流程示意图，（b）一体式净化过程膜的宏观形貌变化，（c）一体式连续净化过程。

该工作以“Sphagnum Inspired g-C3N4 Nano/Microspheres with Smaller Bandgap in Heterojunction Membranes for Sunlight-Driven Water Purification”为题发表在Small上。文章第一作者是颜录科教授团队硕士研究生吉凌仝。本课题得到国家重点研究发展计划基础研究基金、长安大学中央高校项目、西安交通大学仪器分析中心、陕西省重点研发项目、西安市科技局科技创新人才服务企业项目的支持。

原文链接： 

https://doi.org/10.1002/smll.202007122

团队简介：

长安大学绿塑创新团队是为实现“高分子绿色再生与循环利用”的梦想而成立，旨在推动绿色高分子材料开发、废塑料绿色再生与高值化利用等。团队负责人为颜录科教授，并拥有多位副教授与讲师以及博士后、研究生共20余人。团队常年招收材料、化工相关专业的博士后、博士研究生与硕士研究生，待遇执行长安大学相关标准，热忱欢迎有志之士加盟。

团队负责人简介：

颜录科博士，长安大学材料学院高分子材料与工程系教授，博士生导师。主要研发方向为交通功能材料，特种工程塑料，聚合物基复合材料，绿色与功能高分子材料，废塑料绿色再生与高值化利用。主持和参与包括国家自然科学基金、陕西省自然科学基金、教育部新世纪优秀人才支持计划以及冬奥会重大工程项目等多项研究项目，并从事过多项工业界合作项目。部分研究成果发表在Small、Journal of Materials Chemistry A、Chemical Engineering Journal、Journal of Membrane Science、Journal of Cleaner Production、Journal of Hazardous Materials等国际主流刊物上，申请专利20余项、授权4项、成功转化2项。先后荣获河南省交通运输科学技术奖二等奖1项、陕西省国防科学技术进步三等奖2项和西安市科学技术三等奖1项。

联系方式：

[e-mail] 或 [e-mail]

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