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如何開發凈化效率高、使用壽命長、無需復雜維護的凈化系統，解決傳統行業的痛點？廈門大學侯旭教授團隊突破面向空氣凈化的未來技術，為空氣凈化器的設計提供了全新的液體門控思路。9月26日，這項最新研究成果在Nature線上發表。廈大化學化工學院博士生張運茂為該論文的第一作者，化學化工學院、物理科學與技術學院雙聘教授侯旭為獨立通訊作者。

該研究首次運用“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，打通了現有空氣凈化中從過濾吸收、防污防腐、抗菌除臭到長期運行的技術難關，解開了液體作為結構與功能材料如何實現電化學可控微泡及其三相界面上高效傳質的難題。

突破：門控液體助力空氣凈化

空氣污染物中的顆粒物濃度是空氣污染的一項重要指標。它由固體、液體、有機和無機物質顆粒的復雜懸浮混合物組成，具有較大危害性。

如何去除這些顆粒物？目前直接有效的方式仍然是使用各種空氣過濾凈化系統。但缺點在于，這些系統多由多層纖維膜或多孔材料組成的過濾膜單元構成，隨著顆粒物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，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。

侯旭團隊首創特定功能液體作為結構與功能材料，通過調控顆粒物與液體之間相互作用進而控制空氣——水界面上的物質傳遞。該方法將傳統固體材料對污染物過濾所使用的有效表面積，轉換為液體材料對污染物過濾吸收的有效體積，既提高凈化效率，也增大凈化器的塵容量。

利用門控液體作為主要過濾材料，可以實現管路連接、自動化、程序化控制，進一步實現免維護、高效、低成本的系統運行。這意味著，未來該技術將為工業、醫療、建筑等領域急需的防治大氣污染、提升空氣質量、改善人居環境等環保、健康、民生問題提供保障。

△ 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

“我們還可以按照需要設計功能液體，賦予空氣凈化液門系統實現定制化凈化需求，比如，抗菌能力、耐腐蝕能力等。”侯旭介紹。

也就是說，該電化學液門空氣凈化系統還可與人工智能、微流控技術等集成應用，有望實現智能空氣凈化，滿足不同環境下的空氣凈化需求。

幕后：5年時光只專注一件事

第一作者張運茂于2017年考入廈大，進入侯旭課題組。在五年的時光里，在導師指導和鼓勵下，他潛心研究，專注于基于電化學體系的液體作為功能門控材料的研究。

△ 侯旭（左一）和張運茂在實驗室里探討實驗方案

不懈堅持終于得見曙光。“隨著該技術的突破，未來也有望將促進微型反應器的設計與開發并助力二氧化碳催化、乳化、化妝品、制藥等應用領域的新技術研發。”張運茂信心滿滿，“值得一提的是，侯老師一直教導鼓勵我要沉下來，重視創新科研思維的訓練，做0到1的研究。科研中要去開發我們自己的‘殺手锏’，可以說我們的核心實驗數據都是使用我們課題組自主研制的測試表征系統，這些自研設備極大地豐富了我們實驗過程中的測試手段和加深對實驗新現象的機理理解。”

論文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-022-05124-y