導(dǎo)語：
2017年12月8日，北京航空航天大學(xué)化學(xué)學(xué)院趙勇教授、王女副教授及其合作者的最新研究成果“仿生溫度響應(yīng)石墨烯膜用于門控及分子分離”（Bioinspired graphene membrane with temperature tunable channels for water gating and molecular separation）在線刊登在Nature子刊《Nature Communications》，趙勇教授與王女副教授為共同通訊作者，2015級(jí)博士生劉敬崇為第一作者，北航為第一通訊單位。
“智能篩子”巧構(gòu)想
這一成果的開端來源于趙勇教授與王女副教授共同承擔(dān)的一個(gè)仿生分離膜設(shè)計(jì)與制備的國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目。他們的任務(wù)就是制備出像篩子一樣的分離膜，將某一物質(zhì)在混合物中選擇性分離出來。此前，他們已研制出油水分離、乳液分離與油油分離膜，在此基礎(chǔ)上，他們希望設(shè)計(jì)出具有更小精度的分離膜，可實(shí)現(xiàn)納米尺度下分子的分離。同時(shí)，這個(gè)分離膜要“智能”，即其孔徑可受外界刺激而改變。這樣就可以通過一個(gè)分離膜實(shí)現(xiàn)不同尺寸分子的梯度分離，簡化操作步驟，并有望在復(fù)雜體系的污水處理中大顯神通。
師法自然獲靈感
為了選擇合適的材料來制備該分離膜，團(tuán)隊(duì)經(jīng)過大量文獻(xiàn)調(diào)研與仔細(xì)考慮，最終將目光瞄準(zhǔn)了石墨烯。石墨烯具備高強(qiáng)度與良好的導(dǎo)電性，在科研領(lǐng)域運(yùn)用廣泛。除此之外，石墨烯膜中層層堆疊片層之間的納米間距，為物質(zhì)的傳輸提供了絕佳的二維通道，是較為理想的材料。團(tuán)隊(duì)進(jìn)一步運(yùn)用仿生思想解決石墨烯分離膜孔徑可由外界刺激而調(diào)節(jié)這一科學(xué)問題。
為了維持自身水分平衡，植物葉片氣孔在高溫時(shí)關(guān)閉防止脫水，在低溫時(shí)打開蒸發(fā)水汽。受此啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)制備了一種溫度響應(yīng)高分子與石墨烯復(fù)合的分離膜。該智能高分子具有高溫下收縮，低溫下膨脹這一特性，借此，該團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了石墨烯分離膜孔道的低溫打開和高溫閉合。
多方努力出成果
為了能在國際上率先做出成果，該團(tuán)隊(duì)的2015級(jí)博士生劉敬崇進(jìn)行了長達(dá)兩年的努力鉆研，他做了大量實(shí)驗(yàn)，在兩位老師的指導(dǎo)下不斷優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件，反復(fù)探討所制備分離膜的溫度響應(yīng)分離性能。
王女副教授強(qiáng)調(diào)了研究過程中的一個(gè)小細(xì)節(jié)。劉敬崇在實(shí)驗(yàn)之初做了一系列不同條件的實(shí)驗(yàn)，結(jié)果顯示中間有兩個(gè)點(diǎn)的結(jié)果與以往文獻(xiàn)中的報(bào)導(dǎo)不符。經(jīng)過重復(fù)實(shí)驗(yàn)，他們從實(shí)驗(yàn)結(jié)果和理論上論證了其正確性，并從這兩個(gè)點(diǎn)出發(fā)，進(jìn)一步優(yōu)化實(shí)驗(yàn)條件。這一細(xì)節(jié)成為項(xiàng)目突破的關(guān)鍵。
同時(shí)，項(xiàng)目的成功也是合作的結(jié)果，2016年趙勇教授在哈佛訪學(xué)期間，與上海大學(xué)一位專攻響應(yīng)高分子材料的老師多次討論合作，在該工作的機(jī)理解釋部分提出了非常有價(jià)值的建議；最后的機(jī)理計(jì)算部分也獲得了澳洲國立大學(xué)計(jì)算化學(xué)專業(yè)老師的幫助。
結(jié)語：一項(xiàng)科研成果的誕生，離不開飽滿的科研熱情與深厚的知識(shí)儲(chǔ)備，離不開絕妙的靈感與構(gòu)想，離不開對(duì)細(xì)節(jié)的把握與探究，離不開反復(fù)的實(shí)驗(yàn)與分析，也離不開團(tuán)隊(duì)之間的合作。新的一年，愿北航科研團(tuán)隊(duì)追求卓越敢為人先，取得更加豐碩的成果！
采訪：李欣欣 曾嘉琪 劉昕睿 譚莉莎
策劃/文案：李欣欣 曾嘉琪
設(shè)計(jì)：楊彥卓
鳴謝：化學(xué)學(xué)院
編審：門戶網(wǎng)站總編總監(jiān)工作室
投稿：geoos@kk111.net
