西南科大学子在微生物富集方法制备功能材料研究领域获得重要进展

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近日，西南科技大学国防科技学院仿生材料与核环境安全实验室2015级研究生雷佳在导师竹文坤副教授的指导下开发出一种利用真菌对有机染料生物富集的方法来制备杂原子掺杂碳纤维材料的通用策略，该研究成果 “Bioconcentration of organic dyes via fungal hyphae and theirderived carbon fibers for supercapacitors”（基于真菌富集有机染料制备功能碳纤维及其超级电容性能）发表在国际著名期刊Journal of Materials Chemistry A (SCI一区，影响因子：8.867)上。

杂原子进入碳的骨架，可在碳晶格引入更多的缺陷位点及增强电子传输特性，使其在燃料电池、氢储存、超级电容和生物传感器等方面具有广泛应用前景。然而目前碳材料的掺杂通常利用昂贵的实验原料，复杂的反应路线，或使用有毒的化学试剂来实现，因此从实际应用的角度出发，寻求一种廉价、简单、环保的方法来实现掺杂碳材料制备是非常必要的。

生物质由于分布广泛，容易收集，成本廉价且易于加工，具有独特的天然结构，是合成高性能掺杂碳材料的优质碳源。生物富集是植物和生物普遍存在的一种生物现象，能把杂原子前驱体或小分子有机物富集到胞内或胞外，提供异原子成分。基于此启发，研究以真菌孢子萌发形成的菌丝为生物质碳源，在真菌生长过程中生物富集多种染料，经过碳化成功制造出掺杂量高的杂原子掺杂碳纤维。采用有机染料制杂原子掺杂纤维，可以将有毒废物转化为有价值的材料，这也是一个变废为宝的过程。此外，通过生物富集亚甲基蓝制备的N/S共掺杂碳纤维表现出最高的电容值，在电流密度1 A g-1时，比电容为235 F g-1。我们相信，这种绿色、廉价、通用的合成思路和方法可以进一步扩展，以制备其他不同类型的杂原子掺杂或金属/杂原子共掺杂菌丝碳纤维材料，并有望应用于ORR、HER以及锂离子电池。

通过真菌菌丝富集不同有机染料制备掺杂碳纤维的工艺过程，有机染料（甲基紫，刚果红，酸性品红，罗丹明B，甲基橙和亚甲基蓝）的分子式以及其对应溶液的数码照片

此外，该实验室2016级研究生李怡同学利用真菌菌丝独特的宏观三维网状结构模板实现微纳单元碳纳米管（CNT）和氧化石墨烯（GO）宏观装配，解决了CNT和GO实际应用回收难的问题，在菌丝（FH）生长环境中添加功能单元，并通过FH介导的生物组装来制备FH / CNT和FH/GO复合材料，用于去除废水中的铀酰离子和染料。FH/CNT和FH/GO材料对铀具有良好选择性，同时材料表现出良好的循环使用性能。相关成果“Bioassembly of Fungal Hyphae/Carbon Nanotubes Composite as a Versatile Adsorbent for Water Pollution Control”和“Bioassembly of Fungal Hypha/Graphene Oxide Aerogel as High Performance Adsorbents for U(VI) Removal”于近期发表Chemical Engineering Journal（SCI一区，影响因子：6.216）上。

(A) FH/GO复合材料生物组装过程 (B) FH/GO复合材料对铀酰离子的吸附性能

上述研究得到了国家自然科学基金、四川省科技支撑项目、四川省教育厅项目、绵阳市科技计划项目、中国博士后基金和西南科技大学龙山学术人才科研支持计划等资助。