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  在戶外低溫環境下，海洋船舶、飛機、輸電線纜、管路等設施表面易發生覆冰現象，造成重大的經濟損失和安全隱患。近年來，防冰涂料作為一種新興的被動防冰策略，依靠低成本、高效率的抑制表面結冰和促進表面脫冰能力，受到廣泛關注。

  抗凍蛋白（AFPs）作為一種天然抗凍材料為防冰材料的設計提供了靈感，通過其特有的冰結合位點（IBS）和非冰結合位點（NIBS）實現高效抗凍防冰。據報道，氧化石墨烯納米片被證明可以與冰晶發生晶格匹配，模擬AFPs的IBS結構進而吸附在冰晶表面抑制冰晶生長。然而，對于AFPs的NIBS上電荷結構對抗冰性能的研究方面卻鮮有探究。

圖1抗凍蛋白啟發的不同電荷改性氧化石墨烯及微結構光熱防冰涂料設計思路

  該工作分別合成了三種不同帶電性改性的氧化石墨烯納米片層，分別是氨基改性呈正電性的GO-NH₂、羧基改性呈負電性的GO-GOOH以及兩性離子基團SB改性呈電中性的GO-SB分子，研究帶不同電荷對石墨烯片層防冰性能的影響。進一步通過乳液模板法將改性石墨烯加入到有機硅樹脂PDMS中制備微結構的節能防冰涂層，用于高效防冰/除冰。

圖2 不同電荷小分子的防冰性能

圖3 不同電荷改性氧化石墨烯防冰性能

圖4 不同電荷改性氧化石墨烯涂料防冰、除冰性能

圖5 不同電荷改性氧化石墨烯涂料光熱性能與極端環境適用性

通訊作者簡介

  楊靜，天津大學化工學院教授、博士生導師，國家自然科學基金優秀青年基金獲得者、某領域國家級青年人才。主持國家級重點創新項目、國家自然科學基金、天津市自然科學基金等項目。主要研究方向為仿皮膚材料、柔性傳感器、傳感系統、合成生物學等。已在Nature Communications, J Am Chem Soc，ACS Nano, Nano Letters, Advanced Functional Materials, Chemical Reviews, AIChE Journal等刊物發表第一/通訊作者SCI論文40余篇。

  論文信息：

  Antifreeze Protein-Inspired Zwitterionic Graphene Oxide Nanosheets for a Photothermal Anti-icing Coating

  Junyu Yu#, Shu Tian#, Guangming Lu, Sijia Xu, Kai Yang, Lei Ye, Qingsi Li, Lei Zhang, Jing Yang*, Nano Letters, DOI: 10.1021/acs.nanolett.4c04478

  全文鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.4c04478