近日，哈爾濱工業(yè)大學(xué)化工與化學(xué)學(xué)院、城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室邵路教授課題組與基礎(chǔ)與交叉科學(xué)研究院成中軍副研究員等合作在水單通道Janus膜研究方面取得重要突破。成果在線發(fā)表于英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)旗下期刊《材料視野》（Materials Horizons，最新影響因子10.706）。
面向環(huán)境、能源等領(lǐng)域應(yīng)用的Janus膜是一個(gè)新興概念，其一般具有不對(duì)稱(chēng)的結(jié)構(gòu)或性質(zhì)，由此賦予其特殊性能。水單通道Janus膜的兩面具有截然不同的浸潤(rùn)特性，最終導(dǎo)致水滴在膜的橫截面內(nèi)具有單向通過(guò)性。邵路教授課題組基于商業(yè)化聚四氟乙烯（PTFE）/聚對(duì)苯二甲酸乙二酯（PET）復(fù)合膜的獨(dú)特結(jié)構(gòu)和疏水特性，巧妙地設(shè)計(jì)了一種制備多功能Janus膜的簡(jiǎn)便方法——涂覆/剝離法（Coating and Peeling）。該方法具有制備方法簡(jiǎn)單、可與各種功能改性方法耦合等優(yōu)點(diǎn)，從而制備出多功能性的復(fù)合微濾膜，并且通過(guò)改變涂層的功能性可實(shí)現(xiàn)多功能Janus膜的個(gè)性化訂制，具有廣泛的商業(yè)應(yīng)用前景。
圖1. 水單通道Janus膜的制備及應(yīng)用示意圖
圖2. 水單通道Janus膜的SEM，水接觸角，制備過(guò)程示意及數(shù)碼照片
a）Janus膜制備前后的SEM圖片
b）Janus膜制備前后的接觸角變化
c）Janus膜制備過(guò)程的示意及數(shù)碼照片
d-f）Janus膜頂面兩種不同類(lèi)型的表面
g）Janus膜頂面和底面接觸角照片
圖3. Janus膜的水單通道行為，機(jī)理解釋?zhuān)占兔嫠，無(wú)損運(yùn)輸及機(jī)理解釋
a）Janus膜的水單通道行為
b）水單通道行為的可能機(jī)理解釋
c）Janus小船收集油面水滴，無(wú)損運(yùn)輸
d）無(wú)損運(yùn)輸?shù)目赡軝C(jī)理解釋
圖4. 磁性Janus膜的SEM，XPS，接觸角
a-d）磁性Janus膜的SEM
e）磁性Janus膜制備前后的XPS
f）磁性Janus膜的接觸角
圖5. 磁性Janus膜的SEM，染料吸附性能，制備的小船圖片，收集和凈化印染廢水
a-b）磁性Janus膜的SEM
c）磁性Janus膜的染料吸附性能
d）磁性Janus膜制備的小船的照片
e）磁性Janus小船收集和凈化印染廢水視頻截圖
圖6. pH響應(yīng)Janus膜的接觸角，pH響應(yīng)的單通道性能示意及視頻截圖
a）羧基終端的11-巰基十一烷酸的分子式
b）不同pH值下Janus膜兩面的接觸角
c-d）磁性Janus膜的pH響應(yīng)的單通道性能示意及視頻截圖
研究人員利用該方法，分別得到了具備磁性和染料吸附性能的和具備pH響應(yīng)性的水單通道Janus膜。其中，用具備磁性和染料吸附性能的Janus膜制備的小船不但可以在磁場(chǎng)控制下實(shí)現(xiàn)對(duì)油面上水滴的選擇性收集，還可原位凈化收集的水滴，同時(shí)由于Janus膜對(duì)水滴的單向通過(guò)性，該多功能Janus小船還可實(shí)現(xiàn)對(duì)收集水滴的空中無(wú)損運(yùn)輸，從而不會(huì)“竹籃打水一場(chǎng)空”；所得pH響應(yīng)膜可以在普通疏水膜和Janus膜之間轉(zhuǎn)換，因此pH響應(yīng)Janus膜在保留Janus膜對(duì)水的單向通過(guò)性的同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)對(duì)水滴的進(jìn)一步控制，可用于設(shè)計(jì)特殊的開(kāi)關(guān)反應(yīng)裝置。該成果的研究思路將為Janus膜材料的發(fā)展提供理論與實(shí)踐借鑒，同時(shí)多功能Janus膜的制備將推動(dòng)Janus膜從科學(xué)概念向?qū)嵱蒙唐坊牧系霓D(zhuǎn)化。
邵路教授和成中軍副研究員為該研究論文的通訊作者，邵路教授團(tuán)隊(duì)的博士研究生王振興和楊曉彬?yàn)樵撜撐牡墓餐谝蛔髡摺Ｔ擁?xiàng)目受到國(guó)家自然科學(xué)基金委、城市水資源與水環(huán)境國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室以及環(huán)境與生態(tài)創(chuàng)新專(zhuān)項(xiàng)基金等項(xiàng)目支持。
論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/mh/c7mh00216e#!divAbstract
