西湖大学团队提出构建新型离子传输膜策略，灵感来自冰冻西瓜

发布日期：2024-09-19 23:19

来源类型：架子手作 | 作者：庹宗康

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西湖大学团队提出构建新型离子传输膜策略，灵感来自冰冻西瓜

从冰冻西瓜到未来科技：一场关于“师法自然”的奇思妙想

炎炎夏日，一口冰镇西瓜是消暑的最佳选择。但你是否想过，被你随手丢弃的西瓜皮，或许蕴藏着未来科技的密码？最近，西湖大学孙立成团队就从一块冰冻西瓜皮中汲取灵感，成功研发出一种新型离子传输膜，为能源转换和存储领域打开了新的大门。

这场科技奇遇，要从一次“意外”说起。2021年端午节，两位博士生突发奇想，将买来的西瓜放进速冻层，几天后才想起来。解冻后的西瓜皮一碰就掉，这看似普通的现象却激发了他们的灵感：这层薄薄的西瓜皮膜，不正像是自然界馈赠的天然薄膜吗？

长期以来，孙立成团队致力于“师法自然”，探索自然界中的奥秘，并将其应用于科技创新。他们将目光聚焦在离子传输膜上，这种材料在电化学二氧化碳还原反应、电解水和燃料电池等领域扮演着至关重要的角色，其性能直接影响着能源转换效率和成本。

传统的离子传输膜存在诸多局限，例如能量效率低、成本高、依赖昂贵催化剂等。如何突破瓶颈，找到更高效、更环保、更经济的解决方案？西瓜皮的出现，为他们指明了方向。

带着好奇心和求知欲，两位博士生将西瓜皮膜放入电化学二氧化碳还原反应装置中，结果令人惊喜：西瓜皮膜竟然真的能够工作！而且性能丝毫不逊色于商业化离子交换膜！

这一发现让整个团队为之振奋，孙立成院士更是亲自将该项目命名为“西瓜皮计划”，鼓励团队成员深入研究，揭开西瓜皮膜背后的奥秘。

在生命科学领域专家的帮助下，研究团队利用各种先进技术手段，逐步揭开了西瓜皮膜的神秘面纱。他们发现，西瓜皮膜之所以能够高效地传输离子，主要归功于其独特的微观结构和化学组成。

西瓜皮膜主要由三层结构组成：最外层的角质层、中间的上皮层和最内层的皮下组织层。其中，皮下组织层表现最为出色。研究发现，皮下组织层中纤维素和果胶的巧妙排列，形成了直径仅为2-5纳米的微观通道。

果胶是一种亲水性多糖，它填充在纤维素形成的通道中，并通过氢键与水分子形成连续的氢键网络。这种特殊的结构，如同一条条高速公路，允许氢氧根离子快速通过，而其他离子则被阻挡在外。

更令人惊叹的是，果胶中富含的带负电荷的羧酸根，还会与同样带负电荷的甲酸根离子产生排斥作用，进一步提高了离子选择性。

西瓜皮膜的奥秘，完美诠释了自然界的神奇和精妙。它不仅为科学家们提供了全新的研究思路，也启示我们：科技创新并非总是要依靠昂贵的设备和复杂的工艺，大自然本身就是一个巨大的宝库，蕴藏着无数的可能性。

试想一下，如果我们能够从自然界中汲取更多灵感，将生物结构和功能与先进材料和技术相结合，将会创造出怎样令人惊叹的科技成果？也许未来的某一天，我们使用的手机电池就来自于一片树叶，我们驾驶的汽车就采用了模仿鸟类翅膀的空气动力学设计，而我们居住的房屋则能够像植物一样进行光合作用，自给自足。

“师法自然”，这句古老的智慧，在今天依然闪耀着光芒。西瓜皮的故事，只是一个开始，相信在不久的将来，会有更多来自大自然的灵感，为人类科技进步贡献力量。

下一个改变世界的“西瓜皮”，又会出现在哪里呢？

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