近日，哈爾濱工業(yè)大學化工與化學學院、城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室邵路教授課題組與基礎與交叉科學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)表于英國皇家化學會旗下期刊《材料視野》（Materials Horizons，最新影響因子10.706）。
面向環(huán)境、能源等領域應用的Janus膜是一個新興概念，其一般具有不對稱的結(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特性，最終導致水滴在膜的橫截面內(nèi)具有單向通過性。邵路教授課題組基于商業(yè)化聚四氟乙烯（PTFE）/聚對苯二甲酸乙二酯（PET）復合膜的獨特結(jié)構(gòu)和疏水特性，巧妙地設計了一種制備多功能Janus膜的簡便方法——涂覆/剝離法（Coating and Peeling）。該方法具有制備方法簡單、可與各種功能改性方法耦合等優(yōu)點，從而制備出多功能性的復合微濾膜，并且通過改變涂層的功能性可實現(xiàn)多功能Janus膜的個性化訂制，具有廣泛的商業(yè)應用前景。
圖1. 水單通道Janus膜的制備及應用示意圖
圖2. 水單通道Janus膜的SEM，水接觸角，制備過程示意及數(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膜制備過程的示意及數(shù)碼照片
d-f）Janus膜頂面兩種不同類型的表面
g）Janus膜頂面和底面接觸角照片
圖3. Janus膜的水單通道行為，機理解釋，收集油面水滴，無損運輸及機理解釋
a）Janus膜的水單通道行為
b）水單通道行為的可能機理解釋
c）Janus小船收集油面水滴，無損運輸
d）無損運輸?shù)目赡軝C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Janus膜的接觸角，pH響應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控制下實現(xiàn)對油面上水滴的選擇性收集，還可原位凈化收集的水滴，同時由于Janus膜對水滴的單向通過性，該多功能Janus小船還可實現(xiàn)對收集水滴的空中無損運輸，從而不會“竹籃打水一場空”；所得pH響應膜可以在普通疏水膜和Janus膜之間轉(zhuǎn)換，因此pH響應Janus膜在保留Janus膜對水的單向通過性的同時，還可實現(xiàn)對水滴的進一步控制，可用于設計特殊的開關反應裝置。該成果的研究思路將為Janus膜材料的發(fā)展提供理論與實踐借鑒，同時多功能Janus膜的制備將推動Janus膜從科學概念向?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，邵路教授團隊的博士研究生王振興和楊曉彬為該論文的共同第一作者。該項目受到國家自然科學基金委、城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室以及環(huán)境與生態(tài)創(chuàng)新專項基金等項目支持。
論文鏈接：http://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2017/mh/c7mh00216e#!divAbstract
