據(jù)麥姆斯咨詢報道，近期，廈門大學(xué)侯旭教授團隊在Nature期刊上發(fā)表了一篇題為 “Continuous Air Purification by Aqueous Interface Filtration and Absorption”的研究成果。

該成果報道了運用“響應(yīng)性液體門控技術(shù)”提出不同微尺度顆粒物在水界面上的高效過濾與吸收的核心機制，打通了現(xiàn)有空氣凈化中過濾吸收、防污防腐、抗菌除臭、長期運行的技術(shù)難關(guān)，為空氣凈化器的設(shè)計提供了全新的思路。

廈門大學(xué)電化學(xué)科學(xué)與工程研究所所長侯旭教授為該論文的通訊作者，博士生張運茂為論文的第一作者。

近年來，空氣污染一直是人們關(guān)注的重要問題，持續(xù)不斷的霧霾天氣，不但增加呼吸道等疾病的爆發(fā)，同時也造成嚴重的經(jīng)濟、社會問題?？諝馕廴疚镏械念w粒物是具有較大危害性的一類物質(zhì)，其由固體、液體、有機和無機物質(zhì)顆粒的復(fù)雜混合懸浮物組成，顆粒物的濃度已被用作空氣污染的一項重要指標。去除這些顆粒物直接有效的方法仍然是使用各種空氣過濾凈化系統(tǒng)，這些系統(tǒng)多由多層纖維膜或多孔材料組成的過濾膜單元構(gòu)成。然而，由于顆粒在其表面和內(nèi)部孔隙的堆積，這些過濾單元將不可避免地遭受堵塞問題，其表面的容塵能力從根本上限制了這類過濾裝置的效率和使用壽命。因此，這種系統(tǒng)需定期更換或清洗過濾器單元，以維持其最佳凈化性能，這將會增加系統(tǒng)的復(fù)雜性和維護成本，更換下來的配件也會產(chǎn)生固體廢物；目前，凈化效率、使用壽命和維護成本之間的完美權(quán)衡仍然近乎無解，如何開發(fā)凈化效率高、使用壽命長、無需復(fù)雜維護的凈化系統(tǒng)，是該領(lǐng)域的重要研究目標。

廈門大學(xué)侯旭團隊致力于仿生液基材料及其界面科學(xué)的研究。受生物肺泡孔的啟發(fā)，基于液體作為結(jié)構(gòu)材料的“液體門控機制”由侯旭等首次提出，侯旭團隊逐步將液體門控技術(shù)的概念與理論發(fā)展具體成形，并引領(lǐng)該技術(shù)的全球發(fā)展。2020年，液體門控技術(shù)被世界權(quán)威化學(xué)組織“國際純粹與應(yīng)用化學(xué)聯(lián)合會IUPAC”評為年度全球“化學(xué)領(lǐng)域十大新興技術(shù)”。不同于傳統(tǒng)固體多孔系統(tǒng)和液膜系統(tǒng)的概念，液體門控是指微尺度孔道利用毛細力作用，將液體穩(wěn)定地填充在孔道內(nèi)部，在一定壓力下迅速開啟，在多孔材料孔道內(nèi)壁形成有液體層的通路，并具有可逆調(diào)控性。其液體層可為液體門控材料提供動態(tài)分子級平整的界面，因此具有優(yōu)異的抗污與節(jié)能性質(zhì)，有助于解決與材料科學(xué)、化學(xué)、環(huán)境、生物醫(yī)學(xué)工程等相關(guān)領(lǐng)域的前沿科學(xué)與應(yīng)用問題。

圖1 基于液體門控技術(shù)的連續(xù)高效空氣凈化

該空氣凈化研究工作是液體作為結(jié)構(gòu)與功能材料的進一步升華，其核心在于利用電化學(xué)響應(yīng)性液體門控技術(shù)將表面潤濕性可調(diào)的多孔膜作為固體骨架，特定功能液體同時作為結(jié)構(gòu)與功能材料，電化學(xué)調(diào)控固-液界面的物理化學(xué)性質(zhì)實現(xiàn)對微氣泡尺寸的控制，并通過調(diào)控顆粒物與液體之間的相互作用進而控制空氣-水界面上的物質(zhì)傳遞（圖2）。該方法將傳統(tǒng)固體材料對污染物過濾所使用的有效表面積轉(zhuǎn)換成液體材料對污染物過濾吸收的有效體積，進而實現(xiàn)對污染物處理量的數(shù)量級提升，從而在提高凈化效率的同時也提高了凈化器的塵容量。此外，利用門控液體作為主要過濾材料，可以通過管路連接、自動化、程序化控制，進一步實現(xiàn)免維護、高效、低成本的系統(tǒng)運行。而且可以按照需要設(shè)計功能液體，賦予空氣凈化液門系統(tǒng)能夠適合特定的凈化需求，如抗菌能力、對氣味和有害氣體污染物的去除能力，以及耐腐蝕能力等。

圖2 電化學(xué)響應(yīng)性液體門控水界面上的過濾與吸收機制示意圖

該電化學(xué)液門空氣凈化系統(tǒng)還可結(jié)合人工智能技術(shù)、微流控技術(shù)等集成應(yīng)用，未來有望實現(xiàn)多種功能液體的智能快速調(diào)節(jié)，滿足不同環(huán)境下的空氣凈化需求。該多相界面相互作用和界面物質(zhì)傳遞的機制也將有助于研究多相體系中的物質(zhì)傳質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，將促進微型反應(yīng)器的開發(fā)及催化、乳化、化妝品、制藥等領(lǐng)域的研究和發(fā)展。