氣凝膠是由高達(dá)99.98%的空氣組成的超多孔三維（3D）結(jié)構(gòu)，并以細(xì)胞狀或纖維狀網(wǎng)絡(luò)作為骨架支撐。它有著出色的物理性能，例如超低密度、高比表面、低熱導(dǎo)、低聲阻抗等，使其在能量儲(chǔ)存、化學(xué)催化、電子傳感器、聲絕緣體、航空航天以及熱絕緣領(lǐng)域都表現(xiàn)出巨大潛力。但由于其常見的制備技術(shù)如冷凍干燥（Freezing-drying）及超臨界流體干燥（supercritical drying）常存在極端制備條件而導(dǎo)致高耗能、高耗時(shí)等弊端以及所需設(shè)備條件較為嚴(yán)苛等問題而難以滿足氣凝膠材料在諸多領(lǐng)域日益增長的需求。因此，如何在低能耗、低耗時(shí)的情況下制備高性能氣凝膠仍是研究熱點(diǎn)。鑒于此，中山大學(xué)周劍副教授團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種氣凝膠材料的補(bǔ)償策略制備方法并以此法制備了導(dǎo)電氣凝膠聚3，4-乙烯二氧噻吩/ 聚苯乙烯磺酸（PEDOT/PSS）。通過調(diào)整PEDOT/PSS與丙烯酰胺的重量比和干燥溫度，得到了低密度(6.3-21.6 mg/cm3)、高孔隙率(>99%)和低收縮率(5.3%)的氣凝膠，并且氣凝膠電導(dǎo)率可達(dá)81.1 S/m。該氣凝膠被用作濕氣發(fā)電的綠色能源的收集。文章以“Compensation strategy for constructing high-performance aerogels using acrylamide-assisted vacuum drying and their use as water-induced electrical generators”為題，在線發(fā)表于在期刊《Chemical Engineering Journal》上。
本文提出的氣凝膠干燥方法主要依托于：在丙烯酰胺和PSS間的酸堿相互作用和丙烯酰胺對(duì)PEDOT的極性作用下，冷凍后形成的丙烯酰胺晶體在其中的功能類似于在創(chuàng)建多孔結(jié)構(gòu)時(shí)冰晶在冷凍干燥中的作用，從而構(gòu)建出PEDOT/PSS三維多孔結(jié)構(gòu)。之后在高溫（80℃或110℃）真空干燥下，丙烯酰胺晶體下緩慢升華，保持固體狀態(tài)的PEDOT/PSS的多孔結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)氣凝膠制備。
此外，研究人員以上述所制備的氣凝膠為基礎(chǔ)，還發(fā)現(xiàn)丙烯酰胺的加入可以提高PEDOT/PSS氣凝膠的導(dǎo)電性。通過拉曼光譜分析，丙烯酰胺促進(jìn)了PEDOT苯式結(jié)構(gòu)向醌式結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化，提高了導(dǎo)電性。團(tuán)隊(duì)成員將上述PEDOT氣凝膠應(yīng)用于濕氣發(fā)電領(lǐng)域中，通過親水基團(tuán)的吸水作用，其內(nèi)部可解離的化學(xué)基團(tuán)發(fā)生不同程度的離子吸附，產(chǎn)生電勢(shì)差，實(shí)現(xiàn)濕氣發(fā)電。
圖3.PEDOT氣凝膠在濕氣發(fā)電（圖a-c）上的應(yīng)用及電導(dǎo)增強(qiáng)原理（圖d-e）所述文章中，中山大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院碩士生范俊呈為本文的第一作者，本科生李恒瑞為第二作者，周劍副教授為通訊作者。
原文鏈接：Juncheng Fan，HengruiLi，SongsongTang，BoxiaoLi，YangyangXin，You-Lo Hsieh，JianZhou*. Compensation strategy for constructing high-performance aerogels using acrylamide-assisted vacuum drying and their use as water-induced electrical generators. Chemical Engineering Journal. 2023, 452, 139685.
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1385894722051646?ref=cra_js_challenge&fr=RR-1
參考資料：https://mse.sysu.edu.cn/article/2360
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