加州大学陈俊青岛大学黄林军和唐建国课题组--具有pH响应纳米通道的仿生氧化石墨烯膜用于高性能纳滤

拥有高透水性和精确分子分离的可调门控氧化石墨烯膜（GO）在智能纳滤设备中具有重要的应用。在该项工作中，受肾小球过滤功能的生物启发，将带正电荷的聚乙烯亚胺接枝的GO（GO-PEI）引入到带负电荷的GO纳米片，构建了智能且高性能的GO膜。结果发现，添加的GO-PEI组分改变了表面电荷，改善了亲水性，扩大了纳米通道。球状石墨烯氧化膜（G-GOM）的水渗透率高达88.57L m−2 h−1 bar−1，相当于传统GO膜的4倍，这将归因于扩大的受限纳米通道。同时，由于静电相互作用，在pH 12时能选择性地去除带正电荷的亚甲基蓝，在pH 2时能选择性去除带负电荷的甲基橙，去除率达96%以上。高循环透水性和高选择性有机去除性能可归因于可控的纳米通道尺寸和可调静电相互作用对环境pH响应的协同效应。该策略为设计具有可调选择性的pH响应门控膜提供了思路，意味着智能纳滤技术的巨大进步，具有广泛的应用前景。

Figure 1. 氧化石墨烯薄膜的制备。（a）肾脏中肾小球发生过滤功能，（b）氧化石墨烯薄膜制备过程示意图，（c-d）XPS光谱，（e-f）顶视及横截面SEM图，（g-h）5p-nGOM的AFM图。

Figure 2. 具有pH响应纳米通道氧化石墨烯膜用于高性能纳滤。（a）水接触角和表面粗糙度，（b）纯水渗透性和对罗丹明B染料的排斥性，（c）nGOM和5p-nGOM在不同pH下的水渗透性，（d）GOM和5p-nGOM对MnB (+)和MO(-)的排斥性，（e）将MnB和MO的进料溶液和通过5p-nGOM 膜过滤，（f）GOM和5p-nGOM的门控比率。

Figure 3. pH响应纳米通道氧化石墨烯膜的机理。（a）GO和GO-PEI的XRD图谱。（b）GO和GO-PEI组分的ζ电位。(c) 5p-nGOM浸泡在pH 2和12溶液中的XRD图案。（d）对pH响应的纳米通道示意图。

Figure 4．氧化石墨烯薄膜的应用性能。(a)5p-nGOM的循环渗透门控性能，（b）5p-nGOM的透水性与单位面积载量的函数关系，(c) 5p-nGOM膜的稳定性测试，在水溶液中浸泡30天，（d）透水性和分子分离性能。

该研究工作由加州大学Jun Chen，青岛大学Linjun Huang 和Jianguo Tang课题组于2021年发表在ACS NANO期刊上。原文：Bioinspired Graphene Oxide Membranes with pH-Responsive Nanochannels for High-Performance Nanofiltration。

陈俊

加州大学洛杉矶分校（UCLA）生物工程系的助理教授。他于2016年在佐治亚理工学院（Georgia Tech）获得博士学位，师从王中林院士。随后，2016-2019年，在斯坦福大学崔屹教授课题组开展博士后研究。他目前的研究方向重点是纳米技术和生物电子学为基础，以智能织物、可穿戴设备和人体网络为形式开展在能源、传感和治疗方面的应用。

陈俊教授已出版了2本书，参与发表170余篇期刊文章，其中110篇作为第一/通讯作者在 Chemical Reviews、Nature Electronics、Nature Energy、Nature Sustainability、Nature Communications、Joule、Matter 等杂志上发表，被引用18000余次，目前H因子为76（Google Scholar）。陈教授目前是Biosensors and Bioelectronics期刊副主编，并且出任多本国际知名期刊编委，包括了Nano-Micro Letters、The Innovation, Advanced Fiber Materials、Frontiers in Chemistry、SmartMat, Smart Materials in Medicine, Biosensors, Textiles等。他还申请了14项美国专利并获得授权1项。研究成果6次被Nature 和 Science选为研究亮点，被NBC、CNN、NPR、ABC、华尔街日报、Scientific American和科学日报等全球主流媒体共报道1000多次。

研究领域· 智能织物· 可穿戴生物电子

· 可穿戴能源

· 纳米发电机

代表论文1. G. Chen, Y. Li, M. Bick, J. Chen*. Smart Textiles for Electricity Generation, Chemical Reviews, 120, 8, 3668-3720 (2020) [Front Main Cover][Invited Review] [Cited 160 times since 04/2020] (ESI热点论文/高被引)2. G. Chen, Y. Fang, X. Zhao, T. Tat, J. Chen*. Textiles for Learning Tactile Interactions, Nature Electronics, 4, 175–176 (2021)

3. Z. Zhou, K. Chen, X. Li, S. Zhang, Y. Wu, Y. Zhou, K. Meng, C. Sun, Q. He, W. Fan, E. Fan, Z. Lin, X. Tan, W. Deng, J. Yang*, J. Chen*. Sign-to-Speech Translation Using Machine-Learning-Assisted Stretchable Sensor Arrays, Nature Electronics, 3, 571-578(2020) (ESI热点论文/高被引)

4. K. Meng, S. Zhao, Y. Zhou, Y. Wu, S. Zhang, Q. He, X. Wang, Z. Zhou, W. Fan, X. Tan, J. Yang, J. Chen*. A Wireless Textile Based Sensor System for Self-Powered Personalized Health Care. Matter, 2, 896 (2020) [Top 1 Cited Paper in Matter 2020](ESI热点论文/高被引)

5. N. Zhang, F. Huang, S. Zhao, X. Lv, Y. Zhou, S. Xiang, S. Xu, Y. Li, G. Chen, C. Tao, Y. Nie*, J. Chen*, et al. Photo-Rechargeable Fabrics as Sustainable and Robust Power Sources for Wearable Bioelectronics, Matter, 2, 1260 (2020) [Top 2 Cited Paper in Matter 2020] (ESI热点论文/高被引)

6. Z. Zhou, S. Padgett, Z. Cai, G. Conta, Y. Wu, Q. He, S. Zhang, C. Sun, J. Liu, E. Fan, K. Meng, Z. Lin, C. Uy, J. Yang, J. Chen*. Single-Layered Ultra-Soft Wash

黄林军

男，山东胶州人，博士，教授，博/硕士生导师，现任青岛大学材料科学与工程学院副院长，青岛大学二层次特聘教授，山东省复合材料学会理事，山东省材料学会会员，青岛大学大学生创新创业计划项目专家。2007年6月毕业于西安交通大学理学院，获工学博士学位，2015年4月至10月美国科罗拉多州立大学访问学者，2018年3月至8月美国阿肯色大学高级访问学者。

黄林军教授主要从事新型碳功能材料及高分子杂化纳滤膜材料方面的研究，尤其在氧化石墨烯分离膜以及石墨烯/高分子纳米杂化功能材料的研究方面做出了一系列创新性工作。研究方向包括（1）石墨烯（氧化石墨烯）/纳米金属杂化功能材料；（2）新型石墨烯薄膜/纳滤膜杂化材料；（3）高分子纤维杂化功能材料。主持及完成国家自然科学基金及省市各级重点科研项目10余项，研究成果在Journal of power sources、Journal of alloys and compounds、Journal of materials science 、Optical materials等国内外著名期刊上以第1/通讯作者发表科研论文50余篇，获授权国家发明专利10项，曾获省自然科学二等奖、市科技进步一等奖、第十届市优秀自然科学论文二等奖。作为主要研究人员参与国家重点研发计划“量子点杂化高分子复层高效发光薄膜的技术研发”等其他国家及省部级项目6项，2018-2020连续3年获评青岛大学优秀研究生指导教师。

主持代表性科研项目:

  1. 具有限域效应的碳基杂化层叠纳滤膜传质微结构的构筑与调控，国家自然科学基金，2019-2022；

  2. 纳米金属修饰二维碳杂化镁基非晶电极结构与电化学性能，国家自然科学基金，2016-2018；

  3. 传质网络精确调控的石墨烯杂化复合分离膜技术研发及应用，山东省重点研发计划，2017-2020；

  4. 限域传质碳基杂化层叠纳滤膜微结构的构筑与调控，山东省自然科学基金，2019-2022；

  5. 石墨烯/Ag纳米复合材料对镁基非晶电极合金修饰改性的作用机理研究，山东省自然科学基金，2014-2017；

  6. 动态跟踪法研究镁基非晶电极合金的相变机制，中国博士后科学基金，2011-2013

  7. 小型Ni/MH二次电池用非晶电极材料的可逆相变研究，山东省科技发展计划项目，2011-2014；

  8. 高容量多组元镁基非晶电极合金的晶化机理研究，山东省中青年科学家科研奖励基金，2010-2013。

  9. 石墨烯的纳米金属功能化及相关物性研究，青岛市科技计划发展项目，2010-2012；

    10、石墨烯及其衍生物的高质量制备及相关物性研究，山东省博士后发展基金，2011-2013.

    近期代表性论文：

    1、NIR-Fluorescent Hybrid Materials of Tm3+ Complexes Carried by Nano-SiO2 via Improved Sol–Gel Method, Nanomaterials 2020, 10, 1964

    2、Preparation of graphene oxide/silica hybrid composite membranes and performance studies in water treatment, Journal of Materials Science, 2020, 55, 11188-11202.

    3、Theory and simulation developments of confined mass transport through graphene-based separation membranes, Phys. Chem. Chem. Phys. 2020, 22: 6032-6057.

    4、 Graphene Oxide Nanofiltration Membranes Containing Silver Nanoparticles: Tuning Separation Efficiency via Nanoparticle Size, Nanomaterials, 2020, 10, ( 454):1-13.

    5、Recent developments in graphene-based polymer composite membranes: Preparation, mass transfer mechanism, and applications, J. APPL. POLYM. SCI. 2019, 136, 47761.

    5、The Preparation and Study of Ethylene Glycol-Modified Graphene Oxide Membranes for Water Purification, Polymer, 2019, 11, (188) :1-12.

    6、Graphene oxide/nanometal composite membranes for nanofiltration: synthesis, mass transport mechanism, and applications, New J. Chem.,2019,43,2846.

    7、Reduced graphene oxide-gold nanoparticles membrane for water purification, Separation Science and Technology, 2019,54(6):1079–1085.

    8、Synthesis of graphene oxide/polyacrylamide composite membranes for organic dyes/water separation in water purification, Journal of Materials Science 2019. 54:252–264.

    9、Polyvinylpyrrolidone Nanofibers Encapsulating an Anhydrous Preparation of Fluorescent SiO2–Tb3+ Nanoparticles, Nanomaterials, 2019, 9, 510.

    10、Surface modification and mechanism research of amorphous Mg-Ni-La hydrogen storage alloy with graphene/Ag nanocomposite, The Chinese Journal of Nonferrous Metals, 2018,28（3）509-517

    联系方式：

    邮箱： huanglinjun@qdu.edu.cn

                  newboy66@126.com

    地址：青岛市宁夏路308号国家重点实验室527室

唐建国

教授，博士研究生导师，国家杂化材料技术国际联合研究中心主任、研究院执行院长。2000年4月于上海交通大学获博士学位，2000-2001年间赴德国访问教授一年，2001-2003年间在美国科罗拉多州州立大学博士后两年。国家高等学校学科创新引智基计划（111计划）高分子杂化材料创新引智基地主任、国家国际科技合作基地主任、中国青岛大学-美国科罗拉多州立大学联合共建杂化材料技术研究中心主任，青岛市高分子杂化材料工程技术中心主任，青岛市高分子杂化材料国际科技合作示范基地主任。中国复合材料学会理事、美国化学会会员、美国化工学会会员，山东省材料学会副会长、上海交通大学青岛校友会副会长。

唐建国教授是青岛大学杂化材料研究创新团队的创立人和带头人。带领该团队创建了国家级研究平台，2013年“青岛高分子杂化材料国际科技合作基地”被科技部认定为国家示范型国际科技合作基地；2016年申报并获批“国家杂化材料技术国际联合研究中心”；引进来自于5个国家的著名高校和科研院所的16位全球知名的杂化材料专家， 2016年获批国家首批地方高校“高等学校学科创新引智计划(“111计划”)，其中包括诺贝尔物理奖评审委主席和4名非华裔外籍院士，使该专家团队研究领域处于国际前沿。拥有“一中心两基地”三个国家级的研究平台。把国家级研究平台建到国外去。2016年青岛大学与美国科罗拉多州立大学签署联合共建杂化材料技术国际联合研究中心的协议，实现两校共建平台的合作模式；2017年国家杂化材料技术国际联合研究中心在白俄罗斯国立大学成立，开启了国际联合研究新篇章，扩大了青岛大学的国际合作影响力。

 科学研究主攻杂化材料的合成与结构研究，以发光性能为主线，挖掘和发现材料光性能和光能利用，特别关注在发光薄膜、纤维、聚合物太阳能电池、发光二极管、生物等领域的应用。主要研究成果包括：（1）采用原位梯度复合的方法解决了高分子-金属二维复合材料的界面相容性问题，研究成果被国家基金委主页“纳米成果展”展出18年之久；（2）发明了高分子基体为模板制备金属原子簇材料的方法，获得国际同行的认可；（3）开拓性的从事了纳米结构中设计稀土发光中心的发光增强系列研究；（4）开拓并建立了杂化聚合物太阳能电池研究的纳米金属杂化新方法，首次解释了纳米金属外隔层阻止电子转移而有利能量转移的机理；（5）发现纳米金属对发光组分的发光强度增强13倍的结构机制。其成果在为解决柔性光电材料在聚合物太阳能电池、发光薄膜和纤维材料、生物材料等领域的应用提供了方法，并取得显著成效。

从事的学术研究融入国家战略，服务于新旧动能转换，跻身国家十三五新材料产业发展研发战略。2016年作为首席科学家，基于与白俄罗斯国立大学的量子点发光材料研究合作，获批国家重点研发计划政府间国际合作重点专项。2017年作为团队带头人，基于与美国科罗拉多州立大学的生物大分子高效发光材料研究合作，组织申报获批国家重点研发计划。唐建国教授主持国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、国家973重大基础研究计划专项等国家级项目8项、省市项目23项，发表论文168篇，SCI收录116篇，授权国家发明专利12项。

培养了一批高层次青年创新人才，他们成为优秀的青年学术骨干。他共培养了研究生60位，其中博士研究生9位，有的成为国家杰出人才。2015年被评为山东省优秀研究生指导教师，2012年被评为青岛大学“最受研究生喜爱的导师”。主讲的《材料制备化学》、《功能复合材料》等7门本科及研究生专业课程，深受学生们欢迎。

为学科建设做出突出贡献。作为学科负责人和主要方向带头人，2011年组织申报并获批材料科学与工程一级学科博士学位授权点，2005年获批材料科学与工程硕士学位授权点，2007年获批材料科学与工程一级学科博士后科研流动站，为培养高层次人才做出贡献。

联系方式：tang@qdu.edu.cn;jianguotangde@hotmail.com;

Tel.:0532 85951519; 0532 85952561

赞 (0)

相关推荐