登录

/

注册

首页 > 亿科前沿 > 文章详情
科技人物|李海涛:“神材”石墨烯带来“炫彩”未来
爱因斯坦 2017-03-07
导语

近期,江苏师范大学李海涛教授团队成功合成超薄石墨烯复合膜。采用活性炭与氧化石墨烯的协同效应,这种超轻超薄的石墨烯—活性炭薄膜吸附效率可以达到 99.99%,对于水中抗生素的去除以及水污染处理具有重要意义。

材料一直是影响人类生活的基本要素,而新材料产品在不久的未来可能会改变人类生活,颠覆传统的工业结构制造业,打开全新的市场格局。从高速飞驰的列车到尖端的航天器,从有灵性的人造假肢到精密的电子元件,都将带有现代新材料的印记,这里不能不提及的是前沿新材料——石墨烯。石墨烯从微观世界里舞姿婆娑地走出,在各个领域中展露出神奇。

近期,江苏师范大学李海涛教授团队成功合成超薄石墨烯复合膜。采用活性炭与氧化石墨烯的协同效应,这种超轻超薄的石墨烯—活性炭薄膜吸附效率可以达到 99.99%,对于水中抗生素的去除以及水污染处理具有重要意义。相关研究成果在Nature杂志子刊Scientific Reports上一经发表, 就在国际上引起了强烈反响,而石墨烯,也再一次进入了人们的视野,引起大家的关注。

揭开“神奇材料”的面纱

石墨烯,实际就是从石墨材料中剥离出来、由碳原子组成的只有一层原子厚度的二维晶体。如同一个“多面娇娃”,石墨烯拥有一般材料所不具备的众多优异性能。

石墨烯发现者之一、2010年诺贝尔物理学奖得主安德烈·海姆说:“它是迄今为止自然界最薄、强度最高的材料,可以被无限拉伸,弯曲到很大角度不断裂,还可以抵抗很高的压力。”

石墨烯的另一个奇特之处在于“零渗透”,即所有气体、液体都无法渗透。它还具有超强吸附性,可以用于制作过滤装置,用于海水淡化、污水处理等领域,被称为21世纪最具颠覆性的新材料。

这些突出的性能和广阔的应用前景推动着石墨烯成为最近几十年来国际材料学家争相追逐的研究目标之一,其中来自江苏师范大学化学与材料科学学院李海涛教授的研究成果尤其引人瞩目。

彼时,李海涛同时成立徐州深蓝新材料科技公司,以新型纳米材料——石墨烯为中心,通过全新的政、产、学、研、用、金一体化的协同创新模式,进一步推动复合石墨烯新材料和新技术的发展,构建全链条雾霾防控技术体系,最后通过成果转化推广综合治理雾霾。

李海涛热心产学研合作的技术交流与推广工作,自产学研合作平台建立以来,带领团队多次组织开展了同行专家主要是材料领域企业界、剑桥大学、牛津大学、清 华大学在内的技术交流、研讨、考察、检查、培训、对接活动,搭建了由众多产学研单位共同参与的共享平台,促进了本领域全国范围产学研合作与发展。

自平台建立以来,申请人李海涛带领团队积极参与江苏师范大学与国际高水平学校建立联合实验室,开展学术交流和青年骨干、研究生联合培养等组织与活动。与 “英国剑桥大学BPC化学实验室”签订了学术交流协议;与瑞典皇家工学院签订了“青年教师和研究生培养合作协议”;与英国Bolton大学签订了合作创办 “石墨烯新材料联合实验室”的协议;与英国约克大学签订了合作创办“生物物理联合实验室”的协议。

“我们充分发挥了政、产、学、研、金五大要素互动,初步实现了人才引进、技术成果转移转化、项目孵化、产品研发和技术支持五大功能,切实推进大众创业、万众创新。”李海涛说。

李海涛也因此接受了中央电视台专访,之后中央电视台播出了《李海涛——雾霾狙击战》;他还获得了2016年中国产学研合作创新奖(个人)、科学中国人(2015)年度人物奖。

治水不能“就水论水”

由于大多数抗生素不能被人类和动物完全吸收和代谢,在土壤和地表水中,经常可以检测到医学治疗和工业农业生产残余的抗生素,甚至包括饮用水也已经受到抗 生素的污染。抗生素被称为水环境中的新型污染物(emerging pollutants),我国也已将抗生素污染列入国家环境监测的范围,20世纪90 年代末以来,土壤、水体中抗生素污染问题开始受到广泛关注。

以水体为例,据报道,我国地表水中检测出68种抗生素含量超标,严重危害人类健康。但是目前的水处理技术很难将抗生素彻底清除。我国是抗生素生产和使用大国,因此我国水环境中抗生素污染显得尤为严重。

“水体其实就像道路、房屋一样,进行清洁、打扫是非常必要的。而要将水体‘打扫’干净,对清洁方式的选择就显得格外重要。”李海涛说。

针对水体中抗生素残留问题,李海涛团队利用氧化石墨烯与活性炭材料之间的协同作用,成功制备了基于氧化石墨烯的复合薄膜材料,实现了对饮用水中抗生素物质的完全去除。

多年的学术积累,使李海涛对石墨烯有了更为深刻的了解。石墨烯虽然具有传统材料所不能比拟的优势,但由于较强的范德华力疏水性和易团聚的特点,这种先进材料的应用和发展被大大限制了。氧化石墨烯的出现则正好解决了上述问题。

基于此,李海涛和他的课题组提出充分利用氧化石墨烯与活性炭材料相互作用来改善这一缺陷的设想,以达到完全去除水中抗生素物质的目的。氧化石墨烯对多种有机物具有良好的吸附效果,纳米活性炭的加入,更是极大提高了石墨烯薄膜材料的吸附能力。

实验中,该复合膜对水中残留盐酸四环素TCH分子表现出极强的吸附能力,显示出良好的过滤效率,所需过滤时间更短,可将抗生素残留物有效去除至PM浓度 的饮用水要求,这为水、空气、土壤污染治理无疑提供了一种更为简单、高效的好办法,为水处理特别是饮用水的净化处理提供了一种高效滤材。

李海涛介绍,美国研究人员已经发现利用氧化石墨烯层将污水变成饮用水的新方法,这可能在全球范围内改变净水的游戏规则。我国石墨矿产的资源储量大,质量优,产量和出口均居世界首位,但相关的石墨深加工技术却较为落后。加大研发力度,提高产品附加值已迫在眉睫。

爱国因一份“朴素的情感”

每个有实用价值的重大成果一定是经历了长时间的潜心研究。李海涛也不例 外,不同于别人的是,他有着一份相当辉煌的海外学习履历。

1995年,怀揣着一份“朴素的情感”——进一步进行学术研究,李海涛结束了国内本科阶段的学习,漂洋过海,来到瑞典林雪平大学化学物理专业读研读博,师从世界顶级科学家、诺贝尔化学物理奖评审委员会主席英格玛·伦德斯特姆及安德斯·隆德教授。

1999年—2002年,博士毕业后,李海涛先后受邀于以色列魏兹曼科学院、德国多特蒙德大学继续生物蛋白分子功能博士后研究。2002年5月起,受邀 出任英国剑桥大学化学系专职研究员,从事现代生物医学和生物化学领域的研究,并在2005—2010年间担任剑桥大学化学系生物物理化学实验室副主任、英 国利兹大学化学系外聘专家。

2004年,李海涛首创研发了世界上新一代单分子超高灵敏度荧光显微镜——双激光双探头单分子荧光显微镜。同年,他在美国化学学会(ACS)年会上针对 此项发明的大会报告赢得众多院士和学者的高度认可和赞扬。如今双激光双探头单分子荧光显微镜已经被应用在数以百计的实验室,成为生物学家手中从事研究工 作、探寻生命奥秘的利器。

一分耕耘就有一分收获,多年的研究生活,培养了李海涛细致认真、一丝不苟的科研态度,也激励他加快在材料世界里追梦的脚步。2012年10月,他结束18年的异国生活,带着他心中那份“朴素的情感”,踏上了回国之路,继续他热爱的研究。

在回国后,视野开阔、研究思路清晰的李海涛认准新材料研发在国家发展建设中的意义,潜心钻研,发表了一批高水平的理论文章,获得了十项国家专利,解决了一系列的重大工程项目的技术难题,为我国的材料科学研究作出了巨大贡献。

治霾防污从“微”做起

在李海涛心里:“发明成果不过是播下了一粒种子,推广应用才能开花结果。为国家科研事业添砖加瓦是一种责任,而能把自己的成果应用到实际工程项目,在实际中发现和解决问题,则更令人兴奋和催人奋进。”

人们肯定对刚刚过去的冬天记忆深刻,雾霾,这个词语如今比以往任何时候都活跃地出现在人们的生活中、语言里。进入三季度以来,我国多地区均出现了较为严 重的雾霾天气,引发广泛的关注。空气污染问题让口罩和空气净化器等雾霾防护产品受到重视,其需求也大幅提升。

伴随石墨烯衍生技术的迅猛发展,回国后,为了尽快将其科研成果产业化,李海涛和同事们马不停蹄地开展科研工作。李海涛敏锐地发现,石墨烯的高吸附性、强 柔韧性、超薄性以及绿色无毒的优点可以用于研发空气净化器以及汽车换气系统中的石墨烯炭分子筛。新型石墨烯纳米复合材料,正在紧锣密鼓地研制中。

团队使用石墨烯改性碳材料混合成膜制备出一种高效滤材,并用该高效滤材开发出一种新型实用雾霾防护帽和防霾夹克,这一产品不仅可有效吸附和过滤 PM2.5颗粒,同时还可以实现对人体头部的全面防护,为人们提供了一种更为简单、快捷、全面,效果更加优越的防霾方式,有助于更好地保障人体健康。这套 防霾系列产品受到了媒体的广泛关注和多方报道,他也亲切地被大家誉为“克雾霾专家”。

不仅如此,李海涛还首次在国内提出适宜人们更好保护自身健康的“生态微环境”理念,呼吁人类改善环境可以从人的生活和工作的小环境入手,利用现有的技术做一些力所能及的事情。同时他也积极在引导更多的人去认识、接受这种理念,进而更好的保护好自己的健康。

“这一路上,激励我们不断向前的动力,是国家、民族和责任的召唤。做科研,就是为了服务社会。”透过这席话,人们能够感受到一种精神和品格,这就是对国家、对人民、对事业的忠诚。

(本文来源:科技日报;)

如若转载,请注明e科网。

如果你有好文章想发表or科研成果想展示推广,可以联系我们或免费注册拥有自己的主页

  • 李海涛
  • 石墨烯
分享到
文章评论(0)
登陆后参加评论
作者 爱因斯坦

科研工作者

北京航空航天大学

活跃作者
  • 爱因斯坦 科研工作者 北京航空航天大学 博士
  • 梅西 本科生 北京工业大学 本科
  • 金陵 本科生 北京大学 本科
客服微信 小编微信
联系方式:252188815@qq.com
联系电话:13001170322


发布成功!

确 定 关 闭