当前位置 :首页 > 科研动态

我校战略科学家苏宝连教授和李昱教授生命复合材料研究团队取得重要进展

更新日期:2017-04-07

 

近期,材料复合新技术国家实验室苏宝连教授和李昱教授生命复合材料研究团队取得最新进展,相关研究结果由第一作者郑先锋博士以Bio-inspired Murray materials for mass transfer and activity”为题在Nature子刊《自然-通讯》上发表。

自然界中的植物和动物经过亿万年的进化,其结构与功能已达到近乎完美的程度,如植物的多孔分叉茎杆系统为了达到营养物质扩散的最优化以增强光合作用,其茎杆直径比例严格遵循广义Murray定律;昆虫的呼吸系统为了达到气体扩散的最优化,整个多孔分叉呼吸孔道的直径比例也严格遵循广义Murray定律。因此,植物利用Murray系统来光合作用储存化学能,而动物利用Murray系统来呼吸以消耗化学能。

 

目前人类面临着严峻的能源和环境问题,发展新能源的转换和储存技术是重要解决途径。如何优化这些化学反应过程中的物质扩散,是一个关键基本科学问题。苏宝连教授首次提出将自然界的Murray定律应用到材料制备及物质变化反应中,并带领李昱教授和生命复合材料研究团队主要成员郑先锋博士在理论上将狭义Murray定律进一步拓展到涉及物质变化的化学反应中,推导出更具普适性的广义Murray定律以及全新的仿生复合材料—Murray材料。根据推导出的广义Murray定律给出了设计Murray材料的基本公式,并采用精细的纳米合成和自组装等技术手段,经过大量反复实验合成了孔径比例满足广义Murray定律的全新大孔-介孔-微孔仿生复合Murray材料。将其应用到涉及液相扩散、气相扩散和离子扩散等化学反应过程时,这种新型仿生复合Murray材料的性能相比传统多孔材料获得了极大的提升:在光催化气体传感和锂离子电池方面的性能分别提升了大约5倍25倍和40倍。未来将广义Murray定律广泛应用到各种功能材料的设计中,将开创功能材料在化学化工领域的一个新时代。发展仿生复合Murray材料在各领域尤其是规模化储能和动力电芯的设计中,会极大地推动新能源和环境技术的发展。 

《自然》是世界最著名的综合性科技期刊,创刊以来始终如一地报道和评论全球科技领域里最重要的突破,读者只能通过购买来阅读。《自然-通讯》Nature Communications)是《自然》杂志创立的子刊发布覆盖物理学、化学和生物学等多种学科,严谨而颇具综合性并代表某一领域重大进展的研究论文,并且读者可以免费在线阅读。以开放获取模式在线出版的新方式,使得全球教育界产业界等各领域的读者可以高效迅速地获取最新的科技进展信息,将加速创新知识的传播和转化。 

Nature Communications论文链接http://www.nature.com/articles/ncomms14921