厦大侯旭团队顶刊Nature发文：面向未来空气净化的突破性成果
9月26日，顶科论坛青科委员、厦门大学侯旭教授团队在液体门控液基界面可控传质机制及其应用研究方面取得重要突破，相关成果题为“Continuous Air Purification by Aqueous Interface Filtration and Absorption” 发表在Nature上。侯旭团队运用“响应性液体门控技术”提出不同微尺度颗粒物在水界面上的高效过滤与吸收的核心机制，打通了现有空气净化中从过滤吸收、防污防腐、抗菌除臭到长期运行的技术难关，为空气净化器的设计提供了全新的思路，解开了液体作为结构与功能材料如何实现电化学可控微泡及其三相界面上高效传质的难题。
厦门大学电化学科学与工程研究所所长侯旭教授为该论文的通讯作者，博士生张运茂为论文的第一作者。
图 | Nature官网
近年来，空气污染一直是人们关注的重要问题，持续不断的雾霾天气，不但增加呼吸道等疾病的爆发，同时也造成严重的经济、社会问题。而目前最有效的实施方法是使用空气净化装置在特定区域控制或改善其空气质量。
空气污染物中的颗粒物是具有较大危害性的一类物质，其由固体、液体、有机和无机物质颗粒的复杂混合悬浮物组成，颗粒物的浓度已被用作空气污染的一项重要指标。去除这些颗粒物直接有效的方法仍然是使用各种空气过滤净化系统，这些系统多由多层纤维膜或多孔材料组成的过滤膜单元构成。然而，由于颗粒在其表面和内部孔隙的堆积，这些过滤单元将不可避免地遭受堵塞问题，其表面的容尘能力从根本上限制了这类过滤装置的效率和使用寿命。
因此，这种系统需定期更换或清洗过滤器单元，以维持其最佳净化性能，这将会增加系统的复杂性和维护成本，更换下来的配件也会产生固体废物；目前，净化效率、使用寿命和维护成本之间的完美权衡仍然近乎无解，如何开发净化效率高、使用寿命长、无需复杂维护的净化系统，是该领域的重要研究目标。
侯旭教授在实验室指导学生实验 图 | 厦门大学官网
厦大侯旭团队一直致力于液基材料及其界面科学的研究。基于液体作为结构材料的“液体门控机制”由侯旭等首次提出，侯旭团队逐步将液体门控技术的概念与理论发展具体成形，并引领该技术的全球发展。不同于传统固体多孔系统和液膜系统的概念，液体门控是指微尺度孔道利用毛细力作用，将液体稳定地填充在孔道内部，在一定压力下迅速开启，在多孔材料孔道内壁形成有液体层的通路，并具有可逆调控性。
在2020年，液体门控技术被世界权威化学组织“国际纯粹与应用化学联合会IUPAC”评为年度全球“化学领域十大新兴技术”。利用液体门控技术可为材料提供动态液体界面层，具有优异的抗污与节能性质，有助于解决与材料科学、化学、环境、生物医学工程等相关领域的前沿科学与应用问题。
图 | 水基界面高效过滤与连续吸附调控机制的电化学液体门控空气净化可循环系统
该空气净化研究工作其核心在于利用电化学响应性液体门控技术将特定功能液体同时作为结构与功能材料，电化学调控固-液界面的物理化学性质实现对微气泡尺寸的控制，并通过调控颗粒物与液体之间的相互作用进而控制空气-水界面上的物质传递。该项研究工作将传统固体材料对污染物过滤所使用的有效表面积转换成液体材料对污染物过滤吸收的有效体积，进而实现对污染物处理量的数量级提升，从而在提高净化效率的同时也提高了净化器的尘容量。并且可以通过调控氧化还原电位控制微气泡的大小，并调控物质传输效率。此外，利用门控液体作为主要过滤材料，可以通过管路连接、自动化、程序化控制，进一步实现免维护、高效、低成本的系统运行，也可以按照需要设计功能液体，赋予空气净化液门系统能够适合特定的净化需求，如抗菌能力、去除气味和有害气体污染物的能力等。
图 | 电化学液体门控空气净化可循环系统ELBS的应用场景
该空气净化系统还可结合人工智能技术、微流控技术等集成应用，有望实现多种功能液体的快速调节，满足不同环境下的空气净化需求。该多相界面相互作用和界面物质传递的机制也将有助于研究多相体系中的物质传质和化学反应，将促进微型反应器的开发及催化、乳化、化妆品、制药等领域的研究和发展。
该项研究还得到西北工业大学臧渡洋教授课题组的支持。本研究工作得到国家自然科学基金项目（52025132, 21975209, 21621091, 22021001），国家重点研发计划项目（2018YFA0209500），111项目(B17027, B16029)和福建省能源材料科学与技术创新实验室科技项目、固体表面物理化学国家重点实验室科技项目、福建省自然科学基金等资助。
通讯作者简介
侯旭，国家杰出青年基金获得者、国家重点研发计划纳米科技重点专项项目负责人、厦门大学化学化工学院电化学科学与工程研究所所长、固体表面物理化学国家重点实验室副主任、国际仿生工程学会青年委员会委员、中国化学会仿生材料化学委员会委员、世界顶尖科学家论坛青年委员会委员、福建省十佳科学传播人物等。
侯旭教授一直从事仿生智能材料的研究，出版了两本国际学术著作，并以第一或通讯作者在高水平学术期刊如Nature、Science、PNAS、NSR等上发表论文80余篇。侯旭教授曾受邀参加了央视CCTV科教频道《人物-故事》及《百家讲坛》栏目，展示当代青年科学家的原创力、新型研究理念与瞩目研究成果。侯旭教授课题组目前开展的研究工作包括：液体门控技术，仿生纳流离子学，膜科学与技术，仿生科学，界面科学，物理化学，生物医学，微纳加工技术。团队常年招收优秀教师、本科生、研究生和博士后，联系方式：houxugroup@163.com。
课题组网页：http://xuhougroup.xmu.edu.cn/
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41586-022-05124-y