丁彬教授团队2022年基于静电纺丝技术的研究进展（IF>15）

✦一、丁彬教授团队研究方向✦

✦二、文献分析✦

A、Chemical Engineering Journal (IF 16.744),

DOI:10.1016/j.cej.2022.137614

第一作者：Zhang yuanyuan

通讯作者：闫建华、丁彬

通讯单位：东华大学

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.137614

发表日期：2022年6月17日

可控合成柔性半导体量子点纳米纤维薄膜

半导体量子点(SQDs)得到了广泛的应用，但在薄膜中制造高度分散的SQDs是一个挑战。在此，丁彬教授和闫建华教授报告了一种聚合物纳米反应器介导的约束策略，用于可控地合成高密度和单分散的ZrO2 SQDs纳米纤维薄膜。利用聚乙烯吡咯烷酮(PVP)在水基溶胶中通过分子空间位阻效应限制醋酸锆胶体，然后通过静电纺丝将其组装成纳米纤维。之后，PVP提供了一个围栏般的空间限制在纳米纤维在煅烧期间。在双畴约束条件下，制备了高负载(84.5 wt%)单分散的ZrO2 SQDs (~4.47 nm)纳米纤维薄膜。该薄膜具有优越的柔韧性和1245 m2•g−1的高比表面积，以及紫外对可见光的吸收可调，突破了ZrO2只能在紫外照射下被激发进行光催化的宽禁带瓶颈。这一策略为大规模生产高质量的SQD薄膜提供了新的可能性，具有一系列潜在的应用。

该篇文章亮点为：

1、报道了一种聚合物纳米反应器介导的约束策略，用于可控地合成高密度和单分散的ZrO2 SQDs纳米纤维薄膜。

2、制备了高负载(84.5 wt%)单分散的ZrO2 SQDs (~4.47 nm)纳米纤维薄膜。该薄膜具有优越的柔韧性和1245 m2•g−1的高比表面积，以及紫外对可见光的吸收可调，突破了ZrO2只能在紫外照射下被激发进行光催化的宽禁带瓶颈。

B、Nature Communications (IF 17.694),

DOI:10.1038/s41467-022-30435-z

第一作者：Cheng xiaota

通讯作者：斯阳、丁彬

通讯单位：东华大学

论文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-022-30435-z

发表日期：2022年5月12日

三维反应静电纺丝直接制备交织卷曲陶瓷纳米纤维气凝胶

由于其超低密度、高孔隙率和多功能性，陶瓷气凝胶在许多应用中具有吸引力，但在极端环境中使用时，受限于机械性能和热稳定性之间的典型权衡关系。在本研究中，丁彬教授团队设计和合成了具有三维卷曲纳米纤维结构的陶瓷纳米纤维气凝胶，使其具有优越的力学性能和高的热稳定性。采用三维反应静电纺丝法制备了这种陶瓷气凝胶。它们具有强大的结构稳定性，结构衍生的机械超拉伸能力高达100%的拉伸应变，超强的恢复能力高达40%的拉伸应变，95%的弯曲应变和60%的压缩应变，在- 196 - 1400°C高热稳定性，工作温度高达1300°C可重复拉伸，在空气中的低热导率为0.0228 W m-1 K-1。这项工作将为各种应用领域的高性能陶瓷气凝胶的创新设计创造条件。

该篇工作亮点为：

1、三维反应静电纺丝法成功地合成了ICCAs，为探索三维交织卷曲纳米纤维结构陶瓷气凝胶材料的形成提供了一种方法。

2、3D交织卷曲纳米纤维陶瓷气凝胶(ICCAs)在不断裂的情况下从原始形态拉伸到100%的拉伸应变，同时在大变形下表现出优异的恢复性能，有着100,000次循环的抗疲劳能力。

3、ICCAs在-196 ~ 1400℃温度范围内具有优异的热稳定性，在1300℃下煅烧1 h后仍具有可重复拉伸性能。该方法还可制备长170 cm、宽130 cm、高12 cm的大型纳米纤维气凝胶。

C、Nano Today (IF 18.962),

DOI:10.1016/j.nantod.2022.101455

第一作者：Wu Fan

通讯作者：斯阳、丁彬

通讯单位：东华大学

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.nantod.2022.101455

发表日期：2021年3月26日

−196-1600℃具有超弹性的多相陶瓷纳米纤维

陶瓷作为一种优良的功能结构材料，广泛应用于人类生产和生活的各个领域。然而，陶瓷固有的脆性使得设计一种在极端条件下能够抵抗机械应力和剧烈热冲击的可靠结构成为一个巨大的挑战。

在此，丁彬教授团队设计并交付了具有强大结构和热稳定性的多相陶瓷纳米纤维（MPC-NFs）。结构设计的优势在于两个晶相在连续能量输入下的相互抑制，以及晶-非晶相的协同效应赋予陶瓷在高温环境中的多维灵活性。MPC NFs在深低温下具有优异的结构稳定性(−196°C）和能够抵抗数千次大规模屈曲或压缩循环的结构强度。这项工作不仅为极端环境下的隔热开发了可靠的材料，而且为陶瓷弹性提供了新的理论见解。

该篇工作亮点为：

1、利用静电纺丝技术报道了一种专门设计的多相陶瓷纳米纤维（MPC-NFs），它能够承受机械变形而不断裂，并在高温暴露下具有优异的热稳定性。纤维陶瓷设计的优点是在晶粒生长过程中α-氧化铝和莫来石之间相互抑制，小晶粒和稳定非晶相的协同效应确保了晶粒与MPC NFs的尺寸匹配，这使得陶瓷在高能环境中表现出良好的多维柔性和结构稳定性。

2、MPC NFs具有均匀分布的纳米晶粒，其周围具有稳定的非晶区域，并保持了抗超低温(−196℃）和超高温（1600℃）的灵活性。

D、ACS Nano (IF 18.027) ,

DOI:10.1021/acsnano.1c09668

第一作者：Zhang xinxin

通讯作者：斯阳、丁彬

通讯单位：东华大学

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c09668

发表日期：2022年3月15日

具有纳米纤维-颗粒二元协同结构的全陶瓷弹性气凝胶绝热性能研究

高性能隔热陶瓷材料具有良好的力学性能、耐高温性能和优良的隔热特性，是极端条件下的热管理系统非常需要的材料。然而，传统陶瓷颗粒气凝胶的脆性和刚性仍然限制了其大规模应用，而陶瓷纤维气凝胶往往表现出较高的导热系数。

为满足上述要求，丁彬教授团队设计制备了具有片层多拱孔结构、叶状纤维-颗粒二元网络的陶瓷纳米纤维-颗粒复合气凝胶。所制得的复合气凝胶具有超低重量、可回收压缩应变高达80%的超弹性和较大的机械强度。此外，该复合材料在1000次循环压缩后具有1.2%的塑性变形，在−100 ~ 500°C范围内保持恒定温度动态力学稳定性，可在−196 ~ 1100°C范围内工作。

纳米二氧化硅颗粒气凝胶组装成叶状，包裹在纤维状细胞壁上，具有较低的导热系数(0.024 W m-1 K-1)和良好的高温超绝热性能。得益于良好的相容性，目前的纳米纤维颗粒复合陶瓷气凝胶策略为生产在恶劣环境下使用的隔热和机械性能稳定的复合多孔材料提供了一条主要途径。

该篇文章亮点为：

1、使用溶胶-凝胶法和静电纺丝制备了柔性 ZrO2-SiO2 纳米纤维膜。然后通过超声波辅助冷冻成型工艺和热处理制造纳米纤维-颗粒气凝胶(ZNGA)。

2、 制得的复合气凝胶具有超低重量、可回收压缩应变高达80%的超弹性和较大的机械强度。

该复合材料在1000次循环压缩后具有1.2%的塑性变形，在−100 ~ 500°C范围内保持恒定温度动态力学稳定性，可在−196 ~ 1100°C范围内工作。

E、ACS Nano (IF 18.027),

DOI:10.1021/acsnano.1c10059

第一作者：Zhang meng

通讯作者：刘一涛、丁彬

通讯单位：东华大学

论文链接：https://doi.org/10.1021/acsnano.1c10059

发表日期：2022年3月10日

稳定在非晶态TiO2纳米纤维上的Ga单原子用于高效选择性电催化氮还原

氮气在环境条件下的电还原已经成为化学领域最有前途的技术之一，因为它比传统的Haber - Bosch工艺更环保。然而，由于缺乏高活性和选择性的催化剂，这一技术面临着低NH3收率和法拉第效率(FE)的巨大挑战。从本质上讲，过渡(dblock)金属由于H2演化的激烈竞争而具有较差的选择性，而过渡后(p-block)金属由于“π回赠”行为不足而表现出较差的活性。

考虑到它们独特而互补的电子结构，这里丁彬教授团队提出了一种策略，通过p嵌段金属在全非晶过渡金属基体上的原子色散来解决活性和选择性的挑战。为了解决活性问题，该团队合成了莲藕状非晶TiO2纳米纤维，与之前报道的空位工程TiO2纳米晶体不同，该纳米纤维具有丰富的固有氧空位(VO)和不协调的悬空键，从而显著提高了N2活化能力和电子传输能力。为了解决选择性问题，通过VO的约束效应成功地合成了Ga的孤立单原子(sa)，产生了可用性最大的Ga - VO反应位点。密度泛函理论计算表明，Ga sa有利于N2在催化剂表面的选择性吸附，VO有利于N2的活化还原。得益于这种耦合活性/选择性设计，在相对RHE的−0.1 V极低过电位下，可获得高NH3收率(24.47 μg h−1 mg−1)和法拉第效率FE(48.64%)。

该篇工作亮点为：

1、利用静电纺丝技术制备了前驱体纳米纤维膜，随后置于消声炉中，退火1 h，成功制得莲藕状α-TiO2纳米纤维。最后将Ga SA沉积到α-TiO2纳米纤维得到Ga SA/a-TiO2纳米纤维。

Ga SA有利于N2在催化剂表面的选择性吸附，VO有利于N2的活化还原。得益于这种耦合活性/选择性设计，在相对RHE的−0.1 V极低过电位下，可获得高NH3收率(24.47 μg h−1 mg−1)和法拉第效率FE(48.64%)。