2024年5月14日，中国科大苏州高研院程群峰教授课题组在仿生纳米复合材料研究领域取得新进展，相关研究成果以“Strong and Tough MXene Bridging-induced Conductive Nacre”为题发表在国际著名期刊《Angewandte Chemie International Edition》上【Angew. Chem. Int. Ed.2024, e202405228】。
图注：MXene界面桥接构筑仿生导电贝壳
沿海地区贝类养殖和加工业的快速发展产生大量的贝壳，全球每年超过千万吨的贝壳被倾倒在垃圾填埋场，造成严重的环境污染，并导致自然资源损失。贝壳是一种资源丰富、价格低廉的天然可再生资源，其生物活性、耐腐蚀性、和优异的断裂韧性等引起了研究人员的极大关注。鲍鱼壳是贝壳中的一种典型代表，其珍珠层由95%体积含量的文石片和5%体积含量的聚合物等以“砖-泥”结构致密堆垛而成，其断裂韧性比文石片高三个数量级，是一种理想的仿生模型。目前，高性能仿生层状块体纳米复合材料的基元材料大都采用合成的材料或者无机矿物材料，例如氧化铝、蒙脱石、云母、层状双氢氧化物、氧化石墨烯、过渡金属碳/氮化物（MXene）。在全球碳排放的巨大压力下，使用更经济、更环保的基元材料制备高性能仿生层状复合材料仍然是一项重大挑战。
程群峰教授团队长期致力于仿生纳米复合材料的研究，取得了一系列重要研究进展。通过向自然学习，程群峰教授团队发展了纳米复合材料的绿色仿生构筑策略，发明了有序化学交联及其协同作用策略，创制了高强导电轻量化功能纳米复合材料。程群峰教授开发了从鲍鱼壳规模化剥离文石片的技术，将MXene纳米片作为功能基元材料并利用氢键桥接，通过刮涂和热压技术将文石片重新组装成仿生层状纳米复合材料（导电贝壳）。制备的导电贝壳弯曲强度和断裂韧性分别达~282 MPa和~6.3 MPa m1/2，优于天然贝壳，而且赋予了结构完整性的自监测和电磁屏蔽的新功能。该工作提出的变废为宝仿生组装策略为开发高性能兼具多功能的绿色仿珍珠层纳米复合材料提供了一条新的途径。
该工作得到中国科学技术大学苏州高等研究院理化分析平台的大力支持，国家重点研发计划项目（2021YFA0715700）、国家自然科学基金项目（22075009，52350012）、国家杰出青年科学基金项目（52125302）及111项目（B14009）的资助。
论文链接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/ange.202405228
中国科大苏州高研院为论文共同通讯单位。
（纳米科学技术学院 科研部 ）
