聂双喜教授课题组2022年度工作集锦

聂双喜，广西大学教授，国家高层次人才计划入选者。主要从事纤维素绿色提取及功能化方面的应用基础研究，在纸浆清洁漂白及先进纤维素功能材料方面取得系列原创性成果，为我国造纸行业可持续发展提供了有力的科学支撑。近五年共主持省部级以上项目7项，其中国家自然基金3项（面上项目2项）；以第一/通讯作者在Nature Communications、Advanced Materials、Materials Today、Advanced Functional Materials、ACS Nano等期刊上发表SCI论文60余篇，其中SCI一区论文50篇、影响因子15.0以上的论文27篇；论文被国际同行引用5000余篇次，累计入选ESI热点论文2篇、ESI高被引论文16篇；共获授权发明专利28件，其中5项技术已实现成果转化，转让到校总经费387万元。先后获得“国家技术发明二等奖”、“国家霍英东青年教师奖”、“教育部技术发明一等奖”、“广西科技进步二等奖”、“广西青年五四奖章”、“广西青年科技奖”及“广西创新争先奖”。

亮点一：仿生摩擦电材料设计

从仙人掌刺和甲壳虫翅膀表面构造中获得灵感，通过选择性调控纤维素表面自由能的极性分量和色散分量，实现了非连续分子级亲/疏水域纤维素基材的可控制备，研究成果发表在《自然·通讯》（Nature Communications, 2022, 13, 4168）。通过仿生启发构建了一种具有分层结构的高吸附性纤维素摩擦电材料，开发了具有快速响应、高灵敏度、高选择性和低检测限的气敏自供电传感基材，解决了传统传感器气敏性低、响应性差的问题，研究成果发表在《先进科学》（Advanced Science, 2022, 9, 2203428）。针对传统材料易氧化、易腐蚀的弊端，受荷叶启发构筑了一种超疏水的纤维素摩擦电材料，基于化学修饰及表面微纳结构的构造大幅提升了材料的摩擦电性能和耐湿性，研究成果发表在《化学工程杂志》（Chemical Engineering Journal, 2023, 452, 139259）。

亮点二：自供电传感器件设计

突破触觉传感器在供能方式与集成有机耦合的难题，开发了领域内首个全自供电的可视化触觉传感器，实现了可持续、无能源损耗的触觉反馈，研究成果发表于国际材料顶刊《先进材料》（Advanced Materials, 2022, 2209117）。开发了一种具备快速自修复功能的纳米纤维素导电水凝胶先进功能材料，解决了传统传感器件材料的自愈性、全柔性难题，实现了对汗液中生物标志物的实时自供电传感，研究成果发表在《先进功能材料》（Advanced Functional Materials, 2022, 32, 2201846）。为了应对复杂的传感环境，构筑了一种基于球形多重物理网络结构的非接触传感基材，实现了远距离范围内准确识别人体运动状态的自供电传感，研究成果发表在《微尺度》（Small, 2022, 18, 2200577）。通过整合纤维素作为可持续凝胶自供电传感器件的内在优势，从制备方式和功能特性方面详细介绍了不同类型纤维素凝胶在自供电传感器件领域内的应用前景，概述了纤维素凝胶基TENG在能量收集和新兴应用方面的最新进展，展示了纤维素作为凝胶基TENG的重要地位，研究成果发表于《纳米能源》（Nano Energy, 2023, 106, 108079）。

亮点三：纤维素摩擦电材料构筑

基于纤维素优异的摩擦电特性，从材料设计和加工技术角度介绍了纤维素摩擦电材料在电子器件中的设计策略，并概述了其在智能主动传感系统中应用的最新进展，展示了纤维素摩擦电材料作为一种可持续的绿色资源，在智能主动传感系统中的研究价值和应用潜力，研究成果发表于国际材料顶刊《先进功能材料》（Advanced Functional Materials, 2022, 2208277）。以天然纤维素为模板制备了亲水性摩擦电材料，为高湿环境下实时自供电传感提供可持续输出。模板化过程中纤维素与湿敏材料的协同作用提高了材料的亲水性，研究成果发表于《纳米能源》（Nano Energy, 2023, 108, 108196）。通过在纤维素气凝胶上原位生长Ni-HITP制备导电纤维素气凝胶/Ni-HITP复合材料，设计了一种可穿戴自供电空气过滤器。该自供电空气过滤器可以高效过滤亚微米颗粒物，并且在过滤亚微米颗粒物的同时，还可以根据频率和强度的不同实时监测佩戴者的呼吸状态，在人类身体健康、自供电医疗产品和大气污染物去除等方面具有更多潜在的应用，研究成果发表于《纳米能源》（Nano Energy, 2022, 102, 107739）。

亮点四：先进摩擦电材料设计与应用

针对传感基材在高温环境下弱极性的缺陷，通过在天然竹材上原位生长功能载体，利用纤维素支架与内部电极的相互保护机制，实现了温差达到396℃下稳定、可靠的自供电传感，研究成果发表在《微尺度方法》（Small Methods, 2022, 6, 2200664）。通过系统介绍近年来利用化学功能化技术控制材料摩擦电性能的研究进展，提出了一系列化学功能化策略，特别是针对液体材料的控制策略，通过修饰材料的表面结构和组成来增强或弱化材料的摩擦电性能，研究成果发表在《今日材料》（Materials Today, 2022, 52, 299-326）。基于静电纺丝摩擦电材料的优势和特性，从材料结构设计和应用的角度总结了该类型TENGs的最新研究进展。重点介绍静电纺丝纳米纤维、微球、分层结构和掺杂纳米材料的制备方法和设计趋势，阐述了影响静电纺丝摩擦电材料形成和性能的因素，并对未来发展和挑战进行了展望，研究成果发表在《微尺度方法》（Small Methods, 2022, 2201251）。

亮点五：摩擦电催化系统构建与应用

基于电催化中电子-质子转移耦合作用，首次构建了用于制浆废水处理的摩擦电催化系统，使废水处理过程羟基自由基产生效率提高了25%，废水中难降解有机污染物氯酚降解效率提高了10%，为低浓持续污染物的去除提供了新的方法和理论，研究成果发表在《应用催化B》（Applied Catalysis B: Environmental, 2022, 312, 121422）。系统回顾了废水处理过程中不同阶段所产生的能量（如水波能、风能和声能），介绍了TENG在废水处理过程中对微尺度能源的不同收集方式，对水处理行业的改革创新以及世界水处理安全保障具有深远的影响，研究成果发表在《美国化学会·纳米》（ACS Nano, 2022, 16, 3, 3449-3475）。开发了一种冠状TENG用于提高光催化抗生素降解效率，外部电场的引入产生了更多超氧自由基、羟基自由基和空穴，它们对提高光催化效率起非常重要的作用。该工作提供了一种高效、环保、低成本的四环素降解方法，为降解抗生素废水提供了全新途径，研究成果发表在《纳米能源》（Nano Energy, 2022, 93, 106842）。开发了一种球形TENG，通过脉冲直流电提高降解阿特拉津的光催化效率，在光电催化降解过程中，摩擦电脉冲直流增加了自由基的生成，首次发现羟基自由基在阿特拉津的降解中起着至关重要的作用，研究成果发表在《纳米能源》（Nano Energy, 2022, 100, 107515）。