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氣凝膠有什么用？這16篇文獻告訴你

2021-10-12 13:56:22 作者：材料人來源：材料人分享至：

氣凝膠是指通過溶膠凝膠法，用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成的一種納米級多孔固態材料。作為世界最輕的固體，已入選吉尼斯世界紀錄。這種物質看上去像凝固的煙，但它的成分與玻璃相似。由于它的密度極小，用于航空航天方面非常合適。而且與傳統保溫隔熱材料相比，在同等隔熱效果下，氣凝膠材料厚度只有傳統保溫隔熱材料的1/2-1/5,可以為服役場所節省更多空間。氣凝膠材料特有的結構使其在熱學、力學、光學、電學、聲學等方面具有許多獨特的性質，在高溫催化劑載體、高溫密爐以及超高聲速飛行器等軍用和民用領域具有廣闊的應用前景。氣凝膠無疑作為材料學中熱門的材料之一頻繁在頂刊出現，接下來一起領略氣凝膠的無窮魅力。

1. 江南大學劉天西（ACS Applied Materials & Interfaces）：聚酰亞胺納米纖維增強 Ti3C2Tx的氣凝膠，具有“層狀柱”微孔，用于高性能壓阻應變傳感和電磁波吸收

單層MXene納米片，化學式為 Mn+1XnTx[（n=1–4），其中M表示過渡金屬，X 表示C或者N，Tx表示不同官能團]，由于其出色的固-液加工性能、非凡的導電性（6000-8000 S cm-1）、高縱橫比以及源自其金屬骨架和豐富的表面官能團的高度可調的表面化學性質而引起了全世界的關注。此外，MXene還表現出良好的導熱性和優異的機械強度，使這種新發現的二維功能材料在儲能材料中具有廣泛的應用，其中包括電磁干擾（EMI）屏蔽，電磁微波吸收（EMA），傳感器，凈水，氣體分離和催化。然而，由于相鄰薄片之間的面內共價鍵和范德華相互作用，MXene薄片很容易重新堆疊，導致可及表面積的顯著退化以及電子和離子的緩慢傳輸。

江南大學劉天西利用短聚酰亞胺納米纖維（PINFs）作為交聯和支撐構建塊來構建輕質、堅固和彈性的PINF/Ti3C2TxMXene 復合氣凝膠（PINF/MA）。PINF/MA復合氣凝膠利用其獨特的三維片柱微孔結構，在0-8 kPa（50%應變）的寬壓力范圍內，具有優異的壓阻傳感性能，壓阻靈敏度為22.32 kPa-1，超低應變檢測限為0.1%，以及出色的壓縮/回彈穩定性（信號在 1500 次循環后仍保持穩定）。這些卓越的壓阻傳感特性使PINF/MA具有有趣的能力，比如可以實時檢測大小不一的人類活動（手腕和手指彎曲、脈搏和聲帶振動）。更有趣的是，平行排列的葉脈狀薄片還使PINF/MA具有顯著的吸波性能[RLmin在 15.19GHz時為-40.45dB，有效吸收帶寬為5.66 GHz （12.34-18 GHz）]，使得多功能PINF/MA復合氣凝膠有望用于可穿戴應變傳感器和微波吸收器。

參考文獻：Pu, L.; Liu, Y.; Li, L.; Zhang, C.; Ma, P.; Dong, W.; Huang, Y.; Liu, T., Polyimide Nanofiber-Reinforced Ti3C2Tx Aerogel with “Lamella-Pillar” Microporosity for High-Performance Piezoresistive Strain Sensing and Electromagnetic Wave Absorption. ACS Appl Mater Interfaces 2021.

2. 東南大學李全（Advanced Science）：一種前所未有的基于液晶彈性體的雙向形狀記憶氣凝膠

氣凝膠是用氣體代替凝膠孔隙中的液體成分而形成的，被公認為是世界上最輕的固體材料。作為一種最有發展前景的多孔材料，氣凝膠具有密度低、熱導率低、表面積大等獨特的特性，使氣凝膠在催化劑載體、傳感器、吸收劑、航空航天材料等方面具有廣泛的應用。特別是，完全由聚合物材料衍生的聚合物氣凝膠表現出突出的優點，包括良好的機械性能和環境穩定性，使其適用于廣泛的潛在應用。作為一種獨特的聚合物氣凝膠，形狀記憶聚合物氣凝膠（SMPA）由于其多孔結構以及由外部刺激引發的形狀恢復能力，近年來備受關注。憑借在外部刺激下兩種不同永久形狀之間可逆形狀變形的優勢，雙向形狀記憶氣凝膠有望成為開發執行器、傳感器、機器人等實際應用的首選氣凝膠。

東南大學李全通過正交熱光固化策略和中間機械拉伸步驟制備了第一個基于雙向形狀記憶液晶彈性體（LCE）的氣凝膠。通過差示掃描量熱法、隨溫度變化的廣角X射線散射和偏光顯微鏡結果表明氣凝膠具有液晶相，并且內部介晶沿拉伸方向良好取向。除了具有優越的壓縮性和出色的形狀穩定性之外，這種基于LCE的氣凝膠可以在加熱/冷卻循環期間進行可逆的形狀變形，收縮率為37%，在多次加熱/冷卻循環中具有優異的抗疲勞性。此處公開的這項工作實現了真正的雙向形狀記憶行為，而不是傳統聚合物氣凝膠材料的單向形狀變形，并可能促進這種基于 LCE 的新型氣凝膠材料在控制裝置、軟執行器等。

參考文獻：Wang, M.; Song, Y.; Bisoyi, H. K.; Yang, J. F.; Liu, L.; Yang, H.; Li, Q., A Liquid Crystal Elastomer-Based Unprecedented Two-Way Shape-Memory Aerogel. Adv Sci （Weinh） 2021, e2102674.

3. 中國科學技術大學仿生材料與化學研究所劉建偉（Small）：金屬離子誘導自組裝使納米線基氣凝膠成為可能

氣凝膠是一種具有低密度、大表面積和高孔隙率的獨特特性的3D多孔固體材料，近年來受到了極大的關注。自1931年Kistler發明氣凝膠以來，各種氣凝膠，包括金屬氣凝膠、硫屬化物氣凝膠、碳氣凝膠、和纖維素氣凝膠，已經制備成功。受控組成和理性設計多孔宏觀結構賦予氣凝膠優異的性能，如力學性能、絕熱性能、分子吸收性能、和電學性能。因此，氣凝膠成為多種應用的關鍵候選者，包括傳感器，電催化，太陽能海水淡化，污染物去除和能量存儲裝置。然而，這些傳統氣凝膠的制備過程復雜，形態難以控制，嚴重阻礙了它們的廣泛應用。因此，有必要開發一個簡單的凝膠化過程并找出其潛在的機制。

中國科學技術大學仿生材料與化學研究所劉建偉提出了一種簡單的原位熱液策略，通過動態金屬離子誘導組裝生成多孔的納米線（NW）氣凝膠。金屬離子誘導的配位對納米材料之間的相互連接起著重要的作用。對于動態組裝機理，探討了與Mg、Zn、Co、Ca、Ni、Na等不同金屬離子的配位強度，并通過DFT計算進一步驗證了配位強度。在分子動力學理論評價的輔助下，解釋了隨機分散的北西向束的形成過程。最后，通過簡單的熱液過程，基于組裝的NW束成功制備了3D NW氣凝膠。這些發現有助于構建具有獨特結構特征和多功能的納米材料氣凝膠，為其他材料體系提供了新的機遇。

參考文獻：Shang, Q. G.; Wang, K.; Li, L. G.; He, Z.; Jiang, H. J.; Zhu, J. H.; Liu, J. W., A Metallic Ion-Induced Self-Assembly Enabling Nanowire-Based Aerogels. Small 2021, e2103406.

4. 廣西民族大學李文（Chemical Engineering Journal）：高性能季銨官能化殼聚糖/氧化石墨烯復合氣凝膠用于制糖重熔糖漿脫色

糖是具有戰略作用的商品之一，因為它是國內和工業對食品、飲料和醫藥的基本需求之一。從原糖（從甘蔗中提取）生產精制糖的常規步驟。（i）第一步涉及親和過程，從原糖中去除40%–50%的顏色。（ii）接下來涉及將原糖溶解以形成重熔糖漿。（iii）碳酸化和過濾從糖漿中去除40%–60%的剩余顏色和懸浮雜質。（iv）進行陰離子交換樹脂吸附過程，使糖漿進一步脫色。（v）最后一步涉及結晶以獲得精制糖（純度：~99.9%）。在這些過程中，步驟iv，即碳酸化過濾重熔糖漿（CFRS）的脫色，是最關鍵的步驟，因為它直接影響最終產品的色值（等級）。

廣西民族大學李文開發了一種季銨功能化殼聚糖/氧化石墨烯復合氣凝膠（GO-QACSA）的有效的吸附劑，用于去除高分子量還原糖堿性降解產物（HRSADPs）。GO-QACSA去除HRSADPs的優勢可歸因于其良好連接的3D網絡狀多孔結構、無毒、高親水性和豐富的季銨基團。GO-QACSA對HRSADPs的平衡吸附容量達到364.09 mg/g，去除率> 90%。GO-QACSA表現出超快的吸附速率。回收實驗表明GO-QACSA表現出良好的可再生性和可重復使用性。同時研究了HRSADP在GO-QACSA上吸附的相互作用機制，結果表明兩層HRSADPs通過季銨基和羧酸根基團之間形成的電價鍵粘附在GO-QACSA表面。平均而言，一個HRSADP分子中的2-3個羧酸根離子與GO-QACSA的季銨陽離子鍵合。基于最佳擬合平衡等溫線，提出了四種現象學數學模型，即外部傳質阻力（EMTR）、內部傳質阻力（IMTR）、EMTR-IMTR 組合和活性位點吸附（AAS）。這些模型可用于為系統的吸附傳質行為提供新的見解。

參考文獻：Xiao, Y.; Lu, H.-Q.; Shi, C.-R.; Lei, F.-H.; Rackemann, D.; Li, K.; Li, W.; Doherty, W. O. S., High-performance quaternary ammonium-functionalized chitosan/graphene oxide composite aerogel for remelt syrup decolorization in sugar refining. Chemical Engineering Journal 2022, 428, 132575.

5. 越南胡志明市科技大學Phung K. Le（Journal of Cleaner Production）：將粉煤灰綠色回收制成再生聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維增強的隔熱、隔音復合氣凝膠

近年來，技術發展的可持續性一直是評估此類技術實用性的最重要方面之一。技術的開發基于可持續因素，例如使用綠色無毒溶劑、不向周圍環境排放有害元素、能耗低、大規模生產的可行性受到科學家、企業和當局的高度重視。降低生產成本的最常見方法之一是利用現有的廢物源并將其轉化為高價值的工程產品。此外，必須充分制定從廢物中生產可再生產品的程序，以符合可持續發展標準，并全面評估其大規模生產的潛力。火電廠燃煤產生的飛灰（FA）顆粒是其對環境造成嚴重影響的原因之一。迫切需要進一步努力回收灰燼，釋放垃圾填埋場并防止其潛在污染。

越南胡志明市科技大學Phung K. Le提出了一種可行的零廢棄方法，即將100%的粉煤灰轉化為再生聚對苯二甲酸乙二醇酯纖維增強的輕質復合氣凝膠。在這項研究中，原料粉煤灰通過一種無毒、可生物降解的黃原膠溶液作為粘合劑與纖維骨架結合，然后凍干，留下一個中空的多孔結構。所得復合氣凝膠的密度為0.026-0.062 g/cm3，孔隙率為96.59-98.42%，導熱系數為34-39 mW/（m·K），柔韌性楊氏模量為3.98-20.61 kPa，降噪系數為0.18-0.31。與不含粉煤灰的氣凝膠相比，在纖維框架中添加粉煤灰可以得到一種輕質復合氣凝膠，具有更高的孔隙率、隔熱性能和隔音性能，以及令人印象深刻的壓縮模量。本研究為粉煤灰回收利用為高價值工程材料提供了一種安全、環保、經濟的解決方案。

參考文獻：Do, N. H. N.; Le, T. M.; Tran, H. Q.; Pham, N. Q.; Le, K. A.; Nguyen, P. T. T.; Duong, H. M.; Le, T. A.; Le, P. K., Green recycling of fly ash into heat and sound insulation composite aerogels reinforced by recycled polyethylene terephthalate fibers. Journal of Cleaner Production 2021, 322, 129138.

6. 浙江工業大學張波（Chemical Engineering Journal）：一種具有高吸附脫硫性能的高分散CeO2 /SiO2氣凝膠復合材料的簡便制備

如今，由于日益嚴格的環境法規，從汽油中超深脫除硫化物已成為世界范圍內的熱點。加氫脫硫（HDS）作為煉油廠汽油脫硫的常規方法之一，對硫醇、硫化物和二硫化物的脫除效果非常好，但對噻吩及其衍生物的脫除效果較差。此外，芳烴產品是重要的基礎化工原料，其中微量硫化物對后續產品加工產生不利影響。因此，開發其他超深度脫硫技術對汽油和芳烴產品中的噻吩類化合物脫除具有重要意義。在各種替代方案中，包括吸附脫硫（ADS）、氧化脫硫、萃取脫硫和生物脫硫等，ADS由于其設備簡單、操作方便、成本低，特別是對噻吩類化合物的選擇性脫除，采用合適的吸附劑，是最有前景的超深度脫硫方法之一。

浙江工業大學張波采用溶膠-凝膠法制備了高分散CeO2/SiO2氣凝膠復合材料，并在常壓下進行干燥。該方法策略簡單、低能耗、環保，是通過加入雙氧水將Ce3+轉化為Ce4+，而不是在更高的溫度下煅燒。同時，利用氣凝膠材料的獨特結構，實現了CeO2在CeO2/SiO2表面的高度分散，與文獻報道的策略相比，該制備工藝不需要昂貴的模板。采用突破吸附和浴吸附實驗研究了CeO2/SiO2氣凝膠復合材料對模擬汽油和模型芳烴產品中噻吩類化合物的吸附脫硫性能，并通過吸附動力學和熱力學研究了吸附過程的特征。

參考文獻：Yin, L.; Xu, J.; Zhang, B.; Wang, L.; Tao, W.; Teng, X.; Ning, W.; Zhang, Z., A facile fabrication of highly dispersed CeO2/SiO2 aerogel composites with high adsorption desulfurization performance. Chemical Engineering Journal 2022, 428, 132581.

7. 東華大學劉天西（Journal of Materials Science & Technology）：具有集成雙網絡的高柔性和可壓縮聚酰亞胺/二氧化硅氣凝膠，用于隔熱和阻燃

據報道，調節建筑物室內溫度所需的能源約占世界能源消耗的20%，產生的溫室氣體排放量約占30%。為了促進可持續發展，需要開發用于節能建筑的保溫性能優越的材料。然而，大多數商業絕緣材料在潮濕環境中總是表現出大大增加的熱導率，例如聚氨酯（PUR）泡沫（從25 mW m-1K-1增加了84%到46 mW m-1 K-1）、發泡聚苯乙烯（EPS）（從 36 mW m-1 K-1增加50%到54 mW m-1 K-1 ）和玻璃棉（從37 mW m-1 K-1增加49%到55 mW m-1 K-1）。此外，聚合物泡沫始終具有高度可燃性，可以迅速蔓延火勢，增加了建筑的安全隱患。而且鹵化或磷阻燃劑的添加一直受到國際環保組織的限制，因為這些添加劑往往會釋放出對環境和人類有害的有毒物質。因此，有必要開發一種具有良好絕熱性能和機械強度或彈性、防潮、阻燃性能的保溫材料。

東華大學劉天西報告了一種具有集成雙網絡結構的有機/無機復合氣凝膠，其中二氧化硅成分均勻分布在各向異性聚酰亞胺納米纖維氣凝膠基質中，并且在兩種成分之間形成強界面效應。集成的二元網絡賦予聚酰亞胺/二氧化硅復合氣凝膠出色的可壓縮性和柔韌性，即使無機物含量高達60%，可承受500次循環疲勞試驗，徑向壓縮應變為50%。所得復合氣凝膠兼具出色的絕緣性能和低熱導率（21.2 mW m-1 K-1 ）和出色的耐 1200°C火焰而不崩解。高性能聚酰亞胺/二氧化硅氣凝膠可以降低火災中鋼筋混凝土結構倒塌帶來的風險，顯示出作為高效建筑材料的巨大潛力。

參考文獻：Tian, J.; Yang, Y.; Xue, T.; Chao, G.; Fan, W.; Liu, T., Highly flexible and compressible polyimide/silica aerogels with integrated double network for thermal insulation and fire-retardancy. Journal of Materials Science & Technology 2022, 105, 194-202.

8. 武漢理工大學董麗杰（Composites Part B: Engineering）：源自木棉纖維的碳氣凝膠基復合相變材料：卓越的微波吸收性和高效的太陽能/磁熱儲能性能

為了緩解化石燃料燃燒后引起的能源危機和新出現的生態變暖問題，利用綠色、可再生和可持續的能源和技術變得越來越重要。熱能—一種無處不在的能源形式，有望提供一種極好的替代品，以緩解壓力并避免對化石燃料的過度依賴。相變材料（PCM）能夠在相變過程中儲存和釋放大量熱能，被認為是緩解能源危機和環境污染的潛在候選材料。在各種相變材料中，固液相變材料由于其潛熱密度高、體積變化小而得到廣泛應用。然而，由于泄漏問題、低熱導率和太陽能熱轉換效率差等缺點，阻礙了固液相變材料的擴大應用。

武漢理工大學董麗杰報告了一種簡單而有效的策略，用于制造基于碳化木棉纖維氣凝膠（CKF）的復合PCM，通過加入Fe3O4納米顆粒的磁性客體和封裝月桂酸（LA）的熱能客體。獲得的LA/CKF@Fe3O4復合PCMs（CPM）顯示出97.5%的LA的超高潛熱。此外，Fe3O4的集成有助于CPM具有優異的微波吸收性能通過在阻抗匹配和高損耗特性之間實現最佳平衡。CPM-30的最小反射損耗在8.4GHz時為-17.3dB，厚度為5.5 mm，遠遠超過-10dB的實際需求。此外，CPM還可以實現高效的太陽能/磁熱轉換。這是第一個通過簡便但可再生的方法制備的碳氣凝膠基復合相變材料的例子，它還具有超高的熱能容量、增強的熱導率、優異的微波吸收性能和高效的太陽能/磁熱轉換性能。該研究通過將報告的系統擴展到其他天然微管和功能客體，為設計具有多種儲能形式和功能的高性能復合PCM鋪平了道路。

參考文獻：Song, S.; Ai, H.; Zhu, W.; Lv, L.; Feng, R.; Dong, L., Carbon aerogel based composite phase change material derived from kapok fiber: Exceptional microwave absorbility and efficient solar/magnetic to thermal energy storage performance. Composites Part B: Engineering 2021, 226, 109330.

9. 美國麻省理工學院Jing Kong（Nano Letters）：用于熱再生空氣過濾的自下而上合成全熱催化劑氣凝膠

根據世界衛生組織（WHO）的數據，空氣污染每年導致420萬人死亡，化石燃料產生的細顆粒物（PM）是最具破壞性的罪魁禍首。空氣動力學直徑小于4μm的細顆粒物可被吸入肺部并可能進入血液，從而導致嚴重的健康問題。今天的空氣過濾器仍然需要頻繁更換，造成高昂的人工和材料成本。雖然像反向吹掃這樣的技術和可清洗的過濾器已經開發出來以延長過濾器的使用壽命，如果不正確處理細小的不溶性有機顆粒，二手污染問題仍然令人擔憂。

美國麻省理工學院Jing Kong提出了一種自下而上的合成方法來制造第一個全熱催化劑空氣過濾器（ATCAF）。由~50 nm直徑的TiO2自組裝纖維，ATCAF 不僅可以以>99.999%的效率捕獲燃燒產生的PM污染物，而且還可以催化高溫下捕獲的碳氫化合物污染物的完全分解。并且介紹了制造方法，并在過濾效率、熱再生過程和壓降方面表征了ATCAF性能。它具有利用燃燒熱原位消除碳氫化合物材料燃燒產生的PM污染物的潛力。

參考文獻：Ji, X.; Zhao, J.; Jung, S. M.; Hrdina, A. I. H.; Wolf, M. J.; Yang, X.; Vaartstra, G.; Xie, H.; Luo, S. L.; Lu, A. Y.; Welsch, R. E.; Wang, E. N.; Li, L. J.; Kong, J., Bottom-Up Synthesized All-Thermal-Catalyst Aerogels for Heat-Regenerative Air Filtration. Nano Lett 2021.

10. 華中師范大學朱成周（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）：痕量銥作為PtCuIr氣凝膠中的“粘合劑”，用于穩健的甲醇電氧化

直接甲醇燃料電池（DMFC）作為最有前途的清潔能源之一，由于其能量轉換密度高、易于獲得和環境友好而受到廣泛關注。盡管Pt基催化劑被認為是甲醇氧化反應（MOR）的理想候選者，但其昂貴的成本和較差的抗中毒能力仍然是需要克服的主要障礙。根據雙功能機制和電子效應，PtCu合金電催化劑由于其低成本和優異的CO中毒耐受性在MOR中得到了廣泛的應用。然而，Cu原子在MOR苛刻的腐蝕電催化條件下容易發生電化學浸出和溶解，破壞了PtCu合金的穩定性。基于這些，引入PtCu的高度親氧金屬（Ru、Rh、Ni 等）已被證明是提高 MOR 性能的有效策略。此外，Ir是已被證實的用于MOR的最活躍的非Pt金屬。受此啟發，由于電催化劑的電子/協同或幾何效應，調節電催化劑的組成在提高MOR穩定性方面產生了巨大的影響。因此，基于組件工程的MOR高穩定性電催化劑的開發值得廣泛研究。

華中師范大學朱成周通過基于成分工程的一步還原策略將痕量Ir摻入PtCu氣凝膠中，以進一步提高MOR的性能。優化后的Pt1Cu1Ir0.04氣凝膠的質量活度（MA）和比活度（SA）分別是商業Pt/C氣凝膠的4.1和2.6倍。值得注意的是，它的電流密度在20,000秒計時電流（CA）測量期間始終緩慢衰減，并且與Pt1Cu1相比具有最高的初始值活性保持率氣凝膠和商Pt/C，表明Ir原子在實現用于MOR的PtCu基合金催化劑的優異穩定性方面起著關鍵作用。密度泛函理論（DFT）計算表明，Ir在顯著降低催化的CO吸附能和減輕Pt1Cu1Ir0.04催化劑的CO中毒，進一步提高MOR活性方面起著至關重要的作用。同時，為了探索穩定性增強背后的潛在機制，提出了空位形成能和晶體軌道哈密頓布居（COHP）分析來揭示穩定性增強的機制，揭示了Pt1Cu1Ir0.04氣凝膠通過形成更強的金屬鍵而具有強大的穩定性。這項研究展示了一種合理的策略，可以為實際燃料電池應用設計具有強大穩定性和出色活性的先進合金電催化劑。

參考文獻：Fang, Q.; Wang, H.; Lv, X.; Wei, X.; Luo, X.; Huang, J.; Jiao, L.; Gu, W.; Song, W.; Zhu, C., Trace Iridium as ″Adhesive″ in PtCuIr Aerogels for Robust Methanol Electrooxidation. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2021, 9 （38）， 13039-13046.

11. 中國科學院大連化學物理研究所馮亮（ACS Applied Materials & Interfaces）：用于電子皮膚和氣體傳感的柔性Ti3C2Tx MXene/PANI/細菌纖維素氣凝膠

電子皮膚（e-skins）具有高柔韌性、可拉伸性、適應性和便攜性，在醫療監測領域引起了極大的關注，靈活的觸摸板，人工智能，以及人機交互。特別是柔性壓力傳感器由于其優異的耐磨性、靈敏度和導電性，在電子皮膚中得到了廣泛的應用。在碳材料中發現了多種傳感材料，如碳纖維、碳納米管、石墨烯等。這些具有物理化學特性的功能材料在電子皮膚中起著至關重要的作用。然而，上述一維（1D）或二維（2D）材料通常存在結構單一、功能特性差的缺點。以氧化石墨烯（GO）為例，雖然GO具有良好的自組裝性能、較大的比表面積和良好的親水性，但其較差的導電性限制了其在壓力傳感器中的實際應用。為了克服這些傳感材料的局限性，迫切需要將新型復合傳感材料應用于電子皮膚。

中國科學院大連化學物理研究所馮亮通過MXene和一維活性材料之間的自組裝過程制造了MXene/聚苯胺/細菌纖維素（MXene/PANI/BC）氣凝膠傳感器。結合較少層或單層的MXenes，制成的氣凝膠可用作壓力傳感器的活性層，監測手指彎曲、手腕彎曲和脈搏跳動的微小運動信號。還可以實現藍牙無線傳輸以監測手機上的實時空間壓力分布，使基于氣凝膠的傳感器成為電子皮膚的理想選擇。同時，基于氣凝膠的傳感器對NH3敏感由于氣凝膠獨特的三維（3D）結構和系統中MXene豐富的末端基團（如 -O、？OH和？F），確保高效的電子轉移過程，創造活躍的站點與目標氣體的吸收。這項工作為開發MXenes提供了一個多功能平臺，以制造用于高性能柔性多傳感器的3D復合氣凝膠。

參考文獻：Zhi, H.; Zhang, X.; Wang, F.; Wan, P.; Feng, L., Flexible Ti3C2Tx MXene/PANI/Bacterial Cellulose Aerogel for e-Skins and Gas Sensing. ACS Appl Mater Interfaces 2021, 13 （38）， 45987-45994.

12. 西班牙碳科學與技術研究所Ana Arenillas（Small）：具有極高電導率的超輕石墨烯氣凝膠

近年來，具有定制化學和物理特性的材料的設計得到了迅速發展。由于在合成過程中可以最終控制碳質材料的結構、形態、熱學和電學性能，因此對其進行了大量的研究。這一特性使得各種各樣的材料得以發展，即碳氣凝膠（CA），具有特定的應用，如催化載體、隔熱材料、化學吸附劑和儲能材料。碳氣凝膠最顯著的特征是它們的多孔性質、介孔率和大孔率，可以在合成過程中通過選擇合適的試劑和條件來定制，其中最突出的是催化劑的類型、pH、濃度、溫度和不同合成步驟的時間。

西班牙碳科學與技術研究所Ana Arenillas通過使用氧化石墨烯分散體和間苯二酚/甲醛聚合物，已成功開發出新型石墨烯氣凝膠。研究了不含和含催化劑的兩個系列材料。這些氣凝膠的石墨烯片被碳化的R/F聚合物部分覆蓋，作為它們之間的連接紐帶，創建了一個無縫互連的3D網絡。這種網絡中石墨烯片的完美連接同時賦予氣凝膠出色的多孔性能和超高導電性。催化系列可能含有少量催化劑，但具有較高的導電性和較少量的石墨烯，這使得這些氣凝膠比未催化的更便宜。相反，未催化系列的特點是沒有催化劑，但要達到與催化系列相同的導電率值，需要更多的石墨烯，這使得它們更昂貴。CA-60-C氣凝膠具有最佳電導率值，852 S m-1具有97.58%的孔隙率。對于具有如此大孔隙率的石墨烯氣凝膠，這是迄今為止報道的最高電導率值。高導電性是由于石墨烯片之間的大量滲透，使得電子轉移更容易。此外，所采用的合成技術在工業規模上具有可擴展性和通用性，并且可能是制造具有預成型形狀和優異性能的3D石墨烯結構的一種策略，這將使這些材料在不同領域的多種應用成為可能。

參考文獻：Dos Santos-Gomez, L.; Garcia, J. R.; Montes-Moran, M. A.; Menendez, J. A.; Garcia-Granda, S.; Arenillas, A., Ultralight-Weight Graphene Aerogels with Extremely High Electrical Conductivity. Small 2021, e2103407.

13. 西南科技大學竹文坤（Journal of Hazardous Materials）：簡單合成的羥基磷灰石氣凝膠對鈾（VI）的高吸附性能

鈾是一種天然存在的元素，具有毒性和放射性，是核電生產的重要組成部分。核工業發展如此迅速，近年來越來越多的鈾出現在水溶液中。未經處理的含鈾廢水如果排入水環境，不僅會污染地表水，還會流入地下水或河流。同時，它很容易通過食物鏈被人類攝取并在人體內積累，從而導致一系列疾病，最終死亡。此外，浪費大量排放未經處理的含鈾廢水也導致鈾資源的流失。因此，在排放前對含鈾廢水進行適當處理成為當前許多研究人員關注的關鍵問題。為了去除廢水中的鈾，人們提出了很多方法，如化學沉淀法、離子交換法、溶劑萃取法、吸附法、膜過濾法等。其中，吸附具有環保、低成本、高效、易操作等優點，被證明是最有前景的技術之一。

西南科技大學竹文坤使用冷凍干燥-煅燒方法合成羥基磷灰石（HAP）氣凝膠以有效去除鈾。與市售納米羥基磷灰石相比，HAP氣凝膠表現出更好的吸附性能。這是因為制備的HAP氣凝膠呈現連續的多孔結構，可以為鈾的吸附提供更多的活性位點。HAP氣凝膠的鈾去除效率在10分鐘內達到99.4%，在pH = 4.0 和298 K條件下的最大吸附容量高達2087.6 mg g-1 。此外，鈾在HAP氣凝膠上的固定化是化學吸附，這可能是由于吸附、溶解-沉淀和離子交換。這些結果表明，所制備 HAP氣凝膠可廣泛用作未來處理含鈾廢水的高效和潛在吸附劑。

參考文獻：Xiong, T.; Li, Q.; Liao, J.; Zhang, Y.; Zhu, W., Highly enhanced adsorption performance to uranium（VI） by facile synthesized hydroxyapatite aerogel. Journal of Hazardous Materials 2022, 423, 127184.

14. 四川大學王玉忠（Composites Part B: Engineering）：具有超高機械模量、增強的阻燃性和出色的隔熱應用的完全基于生物質的氣凝膠

隨著社會的快速發展，日益嚴峻的能源消耗問題也越來越嚴重。特別是，建筑能耗占全球能耗約40％。目前，安裝熱絕緣材料中的建筑物是一廣泛采用的解決方案。石油基泡沫，如聚氨酯（PU）和發泡聚苯乙烯（EPS），由于其成本低、重量輕、導熱系數低，是實現節能的常見商業隔熱材料。然而，盡管有許多優點，但這些聚合物泡沫已受到高可燃性缺點的嚴重限制。由保溫材料引發的建筑火災隱患頻發，帶來嚴重的生命危險和財產損失。此外，石油基泡沫的使用仍然存在可持續性和廢物污染問題。石油基泡沫的不可再生來源將加劇能源危機，廢棄塑料的環境污染已成為廣泛關注的社會問題。因此，迫切需要探索用于隔熱應用的新型綠色安全材料。

四川大學王玉忠展示了一種新穎且簡便的策略，可從天然豐富的海藻酸（AL）和植酸（PA）制造完全基于生物質的氣凝膠，其中PA作為阻燃劑和交聯組分構建了一個強大的網絡AL矩陣。因此，所得生物質氣凝膠具有0.052 g/cm3的低密度表現出超高的機械模量（25.1 ± 3.1 MPa）和比模量（440.4 ± 54.4 MPa cm3 ·g-1 ），遠優于以往報道的生物質氣凝膠。由于均勻的三維多孔網絡的存在，生物質氣凝膠表現出低熱導率（34-38 mW/m·K）和優異的隔熱性能。此外，PA的引入賦予氣凝膠高阻燃性（極限氧指數值57%、UL-94 V-0等級、極低的放熱），同時生物降解性材料的生物降解率保持在較高水平，達到91.43%。該工作的氣凝膠結合了機械強度高、阻燃性高、絕熱性能好、可生物降解等優點，為制備具有高環境安全性的絕熱材料提供了一種新策略。

參考文獻：Cao, M.; Liu, B.-W.; Zhang, L.; Peng, Z.-C.; Zhang, Y.-Y.; Wang, H.; Zhao, H.-B.; Wang, Y.-Z., Fully biomass-based aerogels with ultrahigh mechanical modulus, enhanced flame retardancy, and great thermal insulation applications. Composites Part B: Engineering 2021, 225, 109309.

15. 蘭州工業大學李安（ACS Applied Materials & Interfaces）：用于高效太陽能蒸汽產生的低熱導率改性中空玻璃微球/還原氧化石墨烯復合氣凝膠

隨著世界人口的增加、生活水平的提高以及工業的快速發展，淡水短缺已成為一個嚴重的全球性問題。盡管許多技術，例如多級閃存，多效蒸餾和反滲透等，被用于清潔水生產，它們主要依賴化石燃料和電力等不可再生能源的消耗，加劇了能源危機，并伴隨著嚴重的環境污染。太陽能作為一種可再生的清潔能源，應用在很多領域。最近，作為最有前途的水凈化技術之一，太陽能蒸汽發電（SSG）引起了極大的關注，不僅因為它利用取之不盡的清潔太陽能，還因為其獨特的“界面汽化”方式利用光熱生產淡水。為了實現優異的蒸發性能并實現SSG在水凈化或海水淡化中的實際應用，作為SSG系統的關鍵組成部分，光熱材料應具有良好的太陽光吸收性能、多孔親水結構以實現快速輸水，良好的隔熱性以最大限度地減少熱損失等。

蘭州工業大學李安報告了通過溶膠-凝膠法制備由3-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性的空心玻璃微球（HGM）和還原氧化石墨烯（RGO）組成的新型氣凝膠GAHAS和GAHAF，以實現高效的SSG。RGO可以很好地包裹在改性HGM上并形成具有優異機械性能的互穿多孔結構。此外，受益于HGM的中空結構，超臨界CO2干燥得到的GAHAS保持了水凝膠的原始結構并表現出低導熱系數（0.0823 W m–1 K–1）在潮濕狀態和自漂浮能力。結合其超親水潤濕性和高吸光率（約93%），所制備的GAHAS在太陽（1 kW m–2）光照下顯示出89.13%的出色光熱轉換效率和出色的穩定性。此外，從模擬海水室外太陽能淡化實驗中發現，凈化水中四種初級離子K+、Ca2+、Na+和Mg2+的濃度分別為1.65、0.09、1.42和0.32 mg L–1，完全達到飲用水標準。因此，GAHAS氣凝膠在SSG的實際應用中顯示出巨大的潛力。這項工作豐富了光熱材料，可能為設計和創造具有低導熱率、可調孔隙率、高機械強度、自漂浮能力和高太陽能轉換效率的SSG基HGM光熱材料提供新的思路。

參考文獻：Wang, S.; Niu, Y.; Wang, C.; Wang, F.; Zhu, Z.; Sun, H.; Liang, W.; Li, A., Modified Hollow Glass Microspheres/Reduced Graphene Oxide Composite Aerogels with Low Thermal Conductivity for Highly Efficient Solar Steam Generation. ACS Appl Mater Interfaces 2021, 13 （36）， 42803-42812.

16. 鄭州大學申長雨（Carbon）：具有皮芯結構的芳綸納米纖維衍生碳氣凝膠薄膜，用于高電磁干擾屏蔽和太陽能熱轉換

高性能電磁干擾（EMI）屏蔽材料的發展對第五代（5G）無線系統的逐步應用具有深遠意義。解決電磁污染對精密電子設備、信息安全乃至人體健康造成危害的問題。近幾十年來，EMI屏蔽材料已經從傳統的易腐蝕和重金屬發展到輕質、耐腐蝕的碳基材料及其復合材料。作為小型化和減輕重量的要求，使先進的EMI 屏蔽材料盡可能輕和薄在特殊領域有很大的需求，包括航空航天、智能電子設備和無線電信。因此，探索同時具有低厚度和密度的高性能EMI屏蔽材料是當前研究的熱點之一。

鄭州大學申長雨通過簡便的方法制備了具有新型皮芯結構的芳綸納米纖維（ANF）的熱解碳氣凝膠薄膜，該皮芯結構包含致密的薄膜表皮和3D多孔納米纖維網絡核。骨架中豐富的共軛芳香結構使ANF衍生的碳氣凝膠膜具有1029.5 S/m的高電導率。值得注意的是，高導電性，以及三維多孔皮芯結構，不僅構建了相互連接的電子傳輸路徑，而且顯著擴展了電磁波的傳播路徑，在低密度（54.4mg/cm3）和薄厚度（162 μm）條件下，碳氣凝膠薄膜的電磁干擾屏蔽效能（SE）高達41.4 dB，比屏蔽效能（SSE/t）高達47122.6 dB cm2/g。此外，ANF衍生的碳氣凝膠薄膜表現出優異的光熱轉換能力，極大地拓寬了應用環境。更有趣的是，薄膜厚度、密度和面積可調的簡單靈活的制備方法使碳氣凝膠薄膜的大規模生產成為可能。

參考文獻：Zhou, B.; Han, G.; Zhang, Z.; Li, Z.; Feng, Y.; Ma, J.; Liu, C.; Shen, C., Aramid nanofiber-derived carbon aerogel film with skin-core structure for high electromagnetic interference shielding and solar-thermal conversion. Carbon 2021, 184, 562-570.

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