據麥姆斯咨詢報道，近期，廈門大學侯旭教授團隊在Nature期刊上發(fā)表了一篇題為 “Continuous Air Purification by Aqueous Interface Filtration and Absorption”的研究成果。

該成果報道了運用“響應性液體門控技術”提出不同微尺度顆粒物在水界面上的高效過濾與吸收的核心機制，打通了現(xiàn)有空氣凈化中過濾吸收、防污防腐、抗菌除臭、長期運行的技術難關，為空氣凈化器的設計提供了全新的思路。

廈門大學電化學科學與工程研究所所長侯旭教授為該論文的通訊作者，博士生張運茂為論文的第一作者。

近年來，空氣污染一直是人們關注的重要問題，持續(xù)不斷的霧霾天氣，不但增加呼吸道等疾病的爆發(fā)，同時也造成嚴重的經濟、社會問題?？諝馕廴疚镏械念w粒物是具有較大危害性的一類物質，其由固體、液體、有機和無機物質顆粒的復雜混合懸浮物組成，顆粒物的濃度已被用作空氣污染的一項重要指標。去除這些顆粒物直接有效的方法仍然是使用各種空氣過濾凈化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)多由多層纖維膜或多孔材料組成的過濾膜單元構成。然而，由于顆粒在其表面和內部孔隙的堆積，這些過濾單元將不可避免地遭受堵塞問題，其表面的容塵能力從根本上限制了這類過濾裝置的效率和使用壽命。因此，這種系統(tǒng)需定期更換或清洗過濾器單元，以維持其最佳凈化性能，這將會增加系統(tǒng)的復雜性和維護成本，更換下來的配件也會產生固體廢物；目前，凈化效率、使用壽命和維護成本之間的完美權衡仍然近乎無解，如何開發(fā)凈化效率高、使用壽命長、無需復雜維護的凈化系統(tǒng)，是該領域的重要研究目標。

廈門大學侯旭團隊致力于仿生液基材料及其界面科學的研究。受生物肺泡孔的啟發(fā)，基于液體作為結構材料的“液體門控機制”由侯旭等首次提出，侯旭團隊逐步將液體門控技術的概念與理論發(fā)展具體成形，并引領該技術的全球發(fā)展。2020年，液體門控技術被世界權威化學組織“國際純粹與應用化學聯(lián)合會IUPAC”評為年度全球“化學領域十大新興技術”。不同于傳統(tǒng)固體多孔系統(tǒng)和液膜系統(tǒng)的概念，液體門控是指微尺度孔道利用毛細力作用，將液體穩(wěn)定地填充在孔道內部，在一定壓力下迅速開啟，在多孔材料孔道內壁形成有液體層的通路，并具有可逆調控性。其液體層可為液體門控材料提供動態(tài)分子級平整的界面，因此具有優(yōu)異的抗污與節(jié)能性質，有助于解決與材料科學、化學、環(huán)境、生物醫(yī)學工程等相關領域的前沿科學與應用問題。

圖1 基于液體門控技術的連續(xù)高效空氣凈化

該空氣凈化研究工作是液體作為結構與功能材料的進一步升華，其核心在于利用電化學響應性液體門控技術將表面潤濕性可調的多孔膜作為固體骨架，特定功能液體同時作為結構與功能材料，電化學調控固-液界面的物理化學性質實現(xiàn)對微氣泡尺寸的控制，并通過調控顆粒物與液體之間的相互作用進而控制空氣-水界面上的物質傳遞（圖2）。該方法將傳統(tǒng)固體材料對污染物過濾所使用的有效表面積轉換成液體材料對污染物過濾吸收的有效體積，進而實現(xiàn)對污染物處理量的數(shù)量級提升，從而在提高凈化效率的同時也提高了凈化器的塵容量。此外，利用門控液體作為主要過濾材料，可以通過管路連接、自動化、程序化控制，進一步實現(xiàn)免維護、高效、低成本的系統(tǒng)運行。而且可以按照需要設計功能液體，賦予空氣凈化液門系統(tǒng)能夠適合特定的凈化需求，如抗菌能力、對氣味和有害氣體污染物的去除能力，以及耐腐蝕能力等。

圖2 電化學響應性液體門控水界面上的過濾與吸收機制示意圖

該電化學液門空氣凈化系統(tǒng)還可結合人工智能技術、微流控技術等集成應用，未來有望實現(xiàn)多種功能液體的智能快速調節(jié)，滿足不同環(huán)境下的空氣凈化需求。該多相界面相互作用和界面物質傳遞的機制也將有助于研究多相體系中的物質傳質和化學反應，將促進微型反應器的開發(fā)及催化、乳化、化妝品、制藥等領域的研究和發(fā)展。