《自然•材料》《科学•进展》《自然•通讯》连续发表中心特聘研究员冯训达研究成果
发布人:张妮  发布时间:2019-08-28   

      



       近日,中心特聘研究员冯训达在低维材料结构调控和应用领域取得系列重要进展,相关成果发表在国际顶尖学术期刊《自然•材料》《科学•进展》和《自然•通讯》上。




       在最新一期的《科学•进展》杂志中,冯训达(第一作者)和中国工程院外籍院士、耶鲁大学教授Menachem Elimelech及宾夕法尼亚大学教授Chinedum Osuji(通讯作者)等人合作发表题为《Precise nanofiltration in a fouling-resistant self-assembled membrane with water-continuous transport pathways》(Sci. Adv. 2019, 5, eaav9308)的学术论文。该研究利用最常见的表面活性剂形成的溶致液晶为模板,构筑一种由高度有序自组装纳米纤维组成的,同时具有高渗透性、高选择性、抗菌性的聚合物分离膜。作为一种代表性的低维材料,这种新型的聚合物分离膜利用了纳米纤维有序自组装产生的均一缝隙作为连续的水通道,对有机小分子(在1-2 nm范围内)显示出精确的尺度选择性,同时也具备很高的水通量(水渗透率可达10 L m2 hour1 bar1 μm)。此外,由于纳米原纤维表面的季铵基团,该膜具有优异的抗微生物性能。基于以上特征,所制得的聚合物纳滤膜有望克服传统聚合物水处理膜由于内部结构不规则而导致的选择性差等问题,实现其在实际水净化应用中的突破。此领域研究目前是先进低维材料中心的研究重点之一,冯训达课题组将在后续研究中进一步探索这种有序纤维分离膜在海水淡化等领域的应用。



由自组装有序纤维构成的聚合物分离膜

 

       此外,在《自然•材料》近日在线发表的论文《Single crystal texture by directed molecular self-assembly along dual axes》(DOI: 10.1038/s41563-019-0389-1)中,冯训达(第一作者)和宾夕法尼亚大学Chinedum Osuji教授(通讯作者)等合作者报道了一种通过强磁场和表面场协同的取向作用构筑在宏观尺度(平方厘米)上具有单晶结构的超分子液晶自组装体系。近20年来,学术界和工业界长期致力于开发嵌段共聚物“导向自组装”技术用于制备高度有序无缺陷的微纳米结构,目标是为下一代存储器和集成电路提供更小的电路节点。然而,嵌段共聚物的大面积有序取向需要很苛刻的技术,同时较难克服自身缺陷密度高,自组装尺度较大等弱点。冯训达与合作者认为,超分子液晶在由于具有较强的各向异性,对电场、磁场有极强的响应度,相比嵌段共聚物其大面积有序取向更容易获得。同时,液晶超分子的结构多样,通过合理的分子设计能够得到更为丰富的物理性能。在《自然•材料》这篇论文中,作者利用了具有倾斜堆积的盘状液晶由于对称破缺,其两维的晶格在磁场中的取向是唯一的特点,成功取向了盘状液晶自组装柱状相的晶格。同时,通过传统液晶显示器使用的表面锚定作用,就可以控制自组装柱状相的柱长轴的取向,因此在磁场和表面场的协同作用下,通过简单的热退火,就可以获得大面积的单晶结构。该成果报道的自组装方法在先进低维材料研究领域具有重要意义。



两种盘状液晶的晶格在磁场的取向情况


    另外,冯训达的最新研究工作还涉及到传统水处理膜的性能改进,相关工作发表在《自然•通讯》上(Nat. Commun. 2019, 10, 2347)。

    冯训达于2018年入职先进低维材料中心任特聘研究员。其本科毕业于我校化学化工学院应用化学专业,在欧盟玛丽居里奖学金的资助下从德国马普研究所和哥廷根大学物理系获得物理学博士学位。回国前在美国耶鲁大学从事博士后研究,目前在中心开展关于低维材料结构调控和非传统水处理膜的研究。


(撰稿:刘蕾)