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我院郭俊凌教授团队在植物多酚超分子化学研究取得重要进展

发布时间:2021年09月22日 08:33   文章来源:   浏览次数:

轻工产业应用了众多天然生物质资源,例如胶原纤维与植物多酚(制革产业),对这些生物质资源的高值资源化利用和跨学科研究已经成为可持续与绿色化学和轻工学科发展的重要方向,同时也是推动轻工产业升级的重要举措。我院“国家海外高层次人才计划”青年专家郭俊凌教授团队将生物质资源作为合成材料的基础结构单元,利用生物质材料天然的物理化学以及特殊的生物学性质,合成了一系列的具有绿色化学、可持续发展、以及高生物相容性属性的先进多功能材料,其应用已拓展于重大疾病治疗、生殖医学健康、环境保护、绿色生物合成、新能源等重要领域。

近日,我院郭俊凌教授团队与我校材料科学与工程学院吴昊教授、张云教授团队合作,以植物多酚基础结构单元为核心材料,利用植物多酚天然的物理化学性质,构建了类蛋白类核酸界晶超结构,相关研究成果以我院为第一单位作为在线封面论文发表在国际顶级期刊《Science Advances》上,题为“Superstructured mesocrystals through multiple inherent molecular interactions for highly reversible sodium ion batteries”。我院王晓玲(副研究员,专职科研)、何云翔(助理研究员)、我校材料学院2018级硕士研究生邱小玲为共同一作,吴昊教授,张云教授和郭俊凌教授为该论文的共同通讯作者。加拿大英属哥伦比亚大学Orlando J. Rojas教授,维多利亚大学Ian Manners教授等国际著名学者也参与了部分工作。该项目获得了国家自然科学基金委、国家“双一流”重点学科建设经费,制革清洁技术国家工程研究中心、高分子材料工程国家重点实验室、国家博士后基金、四川省博士后研发基金等的支持。

论文选为当期在线封面

 

论文在线发表页面

鞣花酸EA)是天然多酚类小分子化合物主要存在于水果、蔬菜和树皮中。该工作将EA与铋离子Bi3+)络合,形成具有有序四级结构的金属-多酚晶体(Bi-EA mesocrystals)。小角度X射线散射和模拟计算揭示了层级自组装过程:Bi-EA络合物作为一级结构通过EA分子间相对较强的π-π作用延伸超分子线二级结构,二超分子线进一步通过溶剂分子间的偶极作用组装成三级结构纳米纤维纳米纤维进一步通过静电作用堆叠高度有序的微米级体(四级结构)。这种具有多层级自组装特性的生物质植物多酚是除DNA和多肽外的一类新的天然自组装基本单元,该工作为复杂微-宏观复合材料和高性能的器件提供了一种新的简单的制备方法。

2. 多种分子间相互作用力驱动金属-多酚超分子多层级自组装

经高温碳化后,Bi-EA的多层级有序结构完整的被保留于金属-碳复合材料(HBiC)中。这种HBiC复合材料独特的形貌和物理化学性质表明该材料具有优良的储钠能力。动力学研究和理论计算表明HBiC的多层级结构有利于钠离子的快速扩散(1.36 × 10−9 cm−1 s−1),从而表现出优异的快充快放的倍率特性,即使在200 A g-1的超高电流密度下,依然可以保持72.5 mAh g-1的比容量,充/放电一次仅需0.43秒,这是目前所报道的具备最高倍率性能的铋基钠离子电池用负极材料。此外,原位X射线衍射和电化学性能结果表明,充放电过程中HBiC具有良好的结构稳定性,可稳定循环15,000次,容量保持率达90.6%。

该工作融合化学、材料学、植物学等多学科知识和技术从生物质高值资源化利用角度出发围绕植物多酚生物质资源,研究开发具有绿色化学属性、可持续化的新型生物质基先进材料同时尝试解决能源科学领域的离子电池负极材料充放电过程的结构稳定性差的问题。该研究也是我院在推进建设生物质先进材料与纳米界面中心所取得的重要基础科学研究进展。

论文全文链接:https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abh3482四川大学主页也对该工作进行了宣传报道(https://news.scu.edu.cn/info/1153/37423.htm

四川大学主页新闻报道






 

 

 

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