利用低共熔溶剂的蚕丝可控液相剥离,制备多功能蚕丝纳米纤维膜

2023-11-15

本文转自x-mol

具有多尺度分层结构的天然聚合物,如常见的纤维素、甲壳素、蚕丝,由于其具有可再生性、生物相容性、生物可降解性及低成本受到越来越多的关注。从这些天然聚合物中提取的纳米纤维由于其优异的机械性能、可调光学性质等,在许多领域,如先进能源生产和储存、环境工程、组织工程和绿色电子等受到了日益增多研究。蚕丝纤维(例如家蚕),是最强的弹性体天然生物材料之一,具有特别优异的强度、可拉伸性及韧性。蚕丝由直径约为30 nm纳米纤维构成,这种典型的纳米纤维结构赋予蚕丝优异的机械性能。近年来,蚕丝纳米纤维已经被处理成薄膜、凝胶等形式,用于光、电、生物工程等领域。然而,目前对蚕丝纳米纤维的制备报道较少,且存在制备方法较为复杂、所得到材料的性能较差、成本高及环境不友好等制约因素。

 

低共熔溶剂(Deep Eutectic Solvents, DESs)是指由一定化学计量比的氢键受体(如季铵盐)和氢键给体(如酰胺、羧酸和多元醇等化合物)组合而成的两组分或三组分低共熔混合物。作为一种新型的绿色溶剂,低共熔溶剂具有优异的性能,如超低蒸气压、可重复使用、制备简单、可设计性、原子经济的制备过程等,被广泛应用于电化学、有机合成等领域。因此,应当通过选择适当的组分来设计具有特定结构和性质的DES以满足特定领域的应用。

 

中国人民大学牟天成(点击查看介绍)团队利用尿素/盐酸胍低共熔溶剂,实现了对蚕丝的简单、高效、可规模化与环境友好的液相剥离,得到的蚕丝纳米纤维直径可调(20-100 nm),且可稳定分散在多种溶剂中。而且,通过真空过滤制备的无支撑的蚕丝纳米纤维膜显示出纳米多孔结构、优异的机械性能、溶剂不溶性和热稳定性。其中,厚度约为10 μm的蚕丝纳米纤维膜的极限应力和杨氏模量分别为62.75 MPa和2.95 GPa。

 

这些独特的结构特征和增强的特性使蚕丝纳米纤维膜可用作超级电容器隔膜与过滤膜。以活性炭(AC)为电极材料所制备超级电容器具有优异的电化学性能,在循环伏安测试及恒电流充电/放电测试中表现出典型的双电层电容器行为。该蚕丝纳米纤维膜对于染料和蛋白质分子也均表现出优异的分离性能。

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这一成果近期发表在Green Chemistry 上,文章的第一作者是中国人民大学的研究生谭醒醒。

 

该论文作者为:Xingxing Tan, Wancheng Zhao and Tiancheng Mu

Controllable exfoliation of natural silk fibers into nanofibrils by protein denaturant deep eutectic solvent: nanofibrous strategy for multifunctional membranes

Green Chem., 2018, 20, 3625, DOI: 10.1039/c8gc01609g


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