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中科大俞书宏院士团队:振兴传统酚醛树脂打造多功能先进材料平台 精选

已有 2712 次阅读 2024-3-4 10:01 |个人分类:AMR Account|系统分类:论文交流

中科大俞书宏院士团队:振兴传统酚醛树脂打造多功能先进材料平台

近日,中国科学技术大学的俞书宏院士团队的AMR述评文章“Revitalizing Traditional Phenolic Resin toward a Versatile Platform for Advanced Materials”在线发表。文章总结了传统的酚醛树脂在低维纳米材料和宏观尺度轻质多孔新材料(包括气凝胶、仿生木材)合成、调控和应用方面的研究进展,并展望了这种传统聚合物在制备高附加值新材料方面所面临的挑战和机遇。

关键词:酚醛树脂、纳米材料、气凝胶、复合材料、仿生材料

1 文章内容简介

酚醛树脂,是人类历史上第一种合成塑料,至今拥有一百多年的历史。酚醛树脂是通过酚和醛的缩聚反应合成的高分子材料,在民用设备、建筑材料、装饰品和军工业等领域得到广泛应用。尽管自上个世纪以来,新型高性能工程塑料的持续涌现加速了酚醛树脂的替代,但它仍以其卓越的机械性能、电绝缘性、防火性和化学稳定性而闻名。幸运的是,蓬勃发展的纳米技术为这个有着世纪历史的传统材料提供了“老树发新芽”的机遇,通过利用酚、醛化学特性(酚的高活性、酚羟基的强电子亲和性或醛的还原能力),可以在微观尺度上设计和控制纳米/微米结构和化学组成,从而产出了一系列结构精美的功能纳米复合材料,并且所展现出的性能远超传统的酚醛块状产品,极大地提高了酚醛树脂的性能和附加值。因此,如何充分理解酚醛化学在纳米结构构筑中的作用,对于进一步提升酚醛树脂的附加值、开发新型的功能纳米材料具有重要意义。

本篇述评系统地总结了本实验室在过去十五年中在酚醛基低维纳米材料和宏观新材料的设计、合成方法、结构调控和应用方面所开展的研究工作。同时,呼吁给予这一传统材料更多关注,相信它伴随着新技术的发展可以给我们带来新的惊喜,也期望能够激发更多关于酚醛化学在更广泛的跨学科应用方面的探索。本文首先简要介绍酚醛树脂的基本性质,然后描述酚醛树脂向多尺度多维度功能材料的演变。酚醛新材料可以根据水热合成、自组装和冻干铸造等方法,被归类为低维纳米材料(纳米球、纳米线、纳米片等)和宏观多孔块状新材料,在多尺度上调控合成可产生各种复杂结构,如核壳纳米球、纳米电缆和类似木材的取向多孔结构等,此类材料在能源存储、生物医学工程、防火、热绝缘和污染物处理等领域具有广泛的应用前景。

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2 AMR:请问您选择该领域的初心是?

作者团队:

酚醛树脂是一种传统的材料,我们团队从2006年就开始研究酚醛纳米材料,经过20年的坚持不懈的努力,研制了一系列基于酚醛的新材料。我们一直认为,材料研究不能盲目追求热点,如果能够静下心来,就会发现我们身边有很多好的材料,关键是如何合理的设计和使用。酚醛树脂来源广泛,合成简单,在合成过程中有很大的调控空间,因而可以获得意料之外的新材料,而正是这种兴趣激励着我们前行。

3 AMR:您认为该领域当前最值得关注/最有争议的研究热点是什么?

作者团队:

酚醛树脂材料因为涉及醛类单体(主要是甲醛),导致大家普遍的“谈醛色变”,认为这种材料毒性很大,其实这是大家对酚醛树脂的误解。酚醛树脂材料本身是无毒的,甚至能够展现出一定的生物活性,能够用于细胞成像等领域,真正有毒的是其单体酚和醛,但其聚合后则无毒。很多常见的塑料都有类似的情况,比如密胺树脂(食堂里常见的美耐皿餐具)、聚丙烯酰胺凝胶等等,这些材料都在被广泛使用,我们不能因为其一点缺点就将其一棍子打死。酚醛树脂这种材料具有很好的综合性能(力学、电学、耐腐蚀、防火等等),是一种很好的工程塑料,如何合理的利用和避免有毒单体残留或释放才是酚醛树脂新材料研究中应该认真考虑的问题。

4 AMR:您对该领域有何种发展愿景?

作者团队:

酚醛树脂是第一种人工合成和工业化的塑料,其工业化生产早已成熟,中国酚醛树脂的产量在全球的占比约为 30%,是世界上最大的酚醛树脂生产国和消费国。如此庞大的产量为我们开发酚醛新材料提供了极好的契机,酚醛新材料,比如酚醛气凝胶具有优异的隔热和防火性能,如果能代替传统的保温泡沫材料,将极大地降低采暖能源消耗,提供建筑物的防火安全性,我们希望未来能够开发简单的气凝胶生产工艺,推动酚醛气凝胶的普及和应用。

作者团队简介

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南方科技大学 / 中国科学技术大学

中国科学院院士 俞书宏

俞书宏,中国科学院院士。现任南方科技大学理学院院长、创新材料研究院院长、化学系/材料科学与工程系讲席教授,新基石研究员。长期从事无机材料的仿生合成、组装及功能化应用研究,以通讯作者和第一作者在包括ScienceNature MaterialsNature Nanotechnology等国际刊物上发表学术论文550余篇,撰写《低维纳米材料制备方法学》专著1部(科学出版社)。研究工作多次被 NatureScienceScientific AmericanC&ENs等选为研究亮点,被SCI引用逾7.9万余次,H因子158,2014~2023年连续入选全球高被引作者名录。获得的奖励和荣誉包括:2010年、2016年以第一完成人两次获得国家自然科学二等奖,2022年教育部自然科学一等奖,2021年中国科学院杰出科技成就奖、2020年第二届全国创新争先奖章、2018年安徽省重大科技成就奖。曾获国际水热-溶剂热联合会Roy-Somiya奖章、中国化学会-德国巴斯夫公司青年知识创新奖、英国皇家化学会《化学会评论》新科学家奖、第十届中国青年科技奖等奖励或荣誉。现任The Innovation Materials主编、英国皇家化学会Mater. Chem. Front.主编,EnergyChemeScience副主编,担任Acc. Mater. Res.Adv. Mater.Natl. Sci. Rev.MatterNano Letters等二十余种国际刊物编委或顾问编委。

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中国科学技术大学

特任副研究员 于志龙

于志龙,于2017年在中国科学技术大学获得博士学位,师从俞书宏院士,主要研究方向为酚醛树脂基轻质多孔新材料的设计、制备与应用研究,开发了多种隔热防火一体化的酚醛树脂气凝胶材料和轻质高强的仿生人工木材,以第一/共一/通讯作者在Sci. Adv., JACSAngew. Chem. Int. Ed.Adv. Mater.Chem等期刊发表论文16篇,研究成果受到Science NewsNat. Rev. Chem.C&E NewsScientific AmericanNewsweek等众多学术刊物和媒体的关注,曾入选2017年度国家博士后创新人才支持计划,荣获2022年教育部自然科学一等奖(排名4/6)。2024年以准聘教授身份加入西北工业大学的化学与化工学院。

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Revitalizing Traditional Phenolic Resin toward a Versatile Platform for Advanced Materials

Zhi-Long Yu, Yu-Cheng Gao, Bing Qin,

Zhi-Yuan Ma, and  Shu-Hong Yu*

原文链接:

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.3c00194

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