超疏水电极的仿生构筑与电化学性能研究

本项目针对目前电化学空气电极存在的工作效率较低、寿命不长等问题，结合我们在仿生具有微纳米多级结构的特殊浸润性材料及电化学方面的研究工作基础，将仿生学与电化学相结合，拟开展"超疏水电极的仿生构筑与电化学性能研究"。将自然界中动物、植物表面特殊浸润性原理引入到电极材料表面，仿生构筑具有微纳米多级结构的超疏水电极，以提高电极固、液、气三相反应界面的效率和稳定性，加速气体的扩散传质，从而提高电极的工作效率、延长使用寿命，研究其作为电化学空气传感器性能。并揭示超疏水空气电极的工作机理。通过受自然界特殊浸润表面微观结构的启发→设计构筑微纳米多尺度结构的电极表面→超疏水功能化→应用实践检验材料（电化学表征）→修改完善设计这样一个螺旋上升的过程，提升我们设计和构筑超疏水电化学电极的能力，实现特殊微观结构与特异宏观性能的协调统一，以期加速空气电极材料向实用化和产业化的发展步伐。

自然界中的动物和植物经过亿万年的进化，其结构与功能已达到近乎完美的程度，实现了结构与功能的统一。向自然学习是新材料发展的重要源泉。仿生设计原理为创造新型结构及功能材料提供了新的方法和途径。本项目结合我们在仿生具有微纳米多级结构的特殊浸润性材料及电化学方面的研究工作基础，将仿生学与电化学相结合，开展了超疏水电极的仿生构筑与电化学性能的研究。将自然界中动物、植物表面特殊浸润性原理引入到电极材料表面，仿生构筑具有微纳米多尺度结构的系列超浸润电极，并研究该材料在电化学领域的应用。首先，揭示了花生叶表面、壁虎脚趾表面等生物材料超疏水高粘附特性的机理，为仿生构筑超浸润电极材料提供了新思路。受生物材料表面超浸润特性的启发，仿生构筑了系列超浸润电极材料。系统开展了超浸润电极材料在Kolbe电解反应、电极表面纳米材料的可控制备等方面的应用研究。在上述基础研究工作的基础上，结合近年来国际研究热点，仿生构筑了系列具有多功能集成的仿生材料，并开展了多功能仿生材料在油水分离、集水、防腐蚀等领域的应用探索，取得了系列创新性研究成果。通过该项目的实施，项目负责人获“教育部新世纪优秀人才支持计划”（2011年）和“北京市青年英才计划”（2013年），1名研究生获国家奖学金。已在Progress in Materials Science，Annual Review of Materials Research, Nano Today，Advanced Materials，Acs Nano，Advanced Functional Materials，Nano Research，Small，Nanoscale，Applied Physics Letters，Journal of Materials Chemistry C等国内外高水平期刊发表SCI论文18篇，被引用300余次，部分研究工作被选作封面给予报道，申请国家发明专利专利7项，培养研究生、本科生3人。多次应邀参加国内学术会议，并做主题报告或邀请报告。