三維(3D)彈性氣凝膠可以實(shí)現(xiàn)多種應(yīng)用，但通常受到其低熱和電傳遞效率的限制。目前，制備集成高彈性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性的氣凝膠材料仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

陜西科技大學(xué)宋浩杰教授和西北工業(yè)大學(xué)付前剛教授、宋強(qiáng)研究員等人提出了一種利用六方氮化硼納米帶(BNNRs)與原位生長(zhǎng)的正交結(jié)構(gòu)石墨烯(OSG)組成的雜化碳/陶瓷結(jié)構(gòu)單元制造高導(dǎo)熱和導(dǎo)電氣凝膠的方法。由此得到的OSG/BNNR混合氣凝膠在45.8 mg cm^-3的低密度下表現(xiàn)出非常高的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性(分別高達(dá)7.84 W m^-1K^-1和340 S m^-1)。此外，混合氣凝膠具有寬溫度不變超彈性(−196 ~ 600℃)、低壓驅(qū)動(dòng)焦耳加熱(在1-4 V下可達(dá)42-134℃)、強(qiáng)疏水性(接觸角可達(dá)156.1°)和強(qiáng)大的寬帶電磁干擾屏蔽(EMI)等綜合性能，在反復(fù)機(jī)械變形和強(qiáng)酸或強(qiáng)堿溶液的長(zhǎng)期浸泡下均能保持良好。

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https://doi.org/10.1021/acsnano.2c07187

2、AFM：《氣凝膠納米包覆摩擦電紗在高溫環(huán)境下采集電能》“Harvesting Electrical Energy from High Temperature Environment by Aerogel Nano-Covered Triboelectric Yarns”

將電源集成到織物中為可穿戴技術(shù)提供了廣闊的發(fā)展前景。其中摩擦納米發(fā)電機(jī)（TENG）為集成到織物中的智能電子紡織品提供了新的思路。然而，TENG具有摩擦起電材料固有的局限性，難以抵抗高溫。

中國(guó)科學(xué)院北京納米能源與系統(tǒng)研究所王中林院士、陳寶東副研究員等人提出了一種基于全紗線的摩擦電納米發(fā)電機(jī)(Y-TENG)，文章采用簡(jiǎn)單的工藝策略，在聚酰亞胺納米包覆層靜電紡絲過程中引入二氧化硅氣凝膠，制成多層穩(wěn)定的摩擦電紗?？梢栽?strong>25 ~ 400℃的溫度范圍內(nèi)收集電能并感知生物運(yùn)動(dòng)，大大提高了溫度上限。進(jìn)一步研制了配合智能防護(hù)服的自供電運(yùn)動(dòng)特性監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)感知和救援，驗(yàn)證了該材料在能量發(fā)生器方面具有廣闊的應(yīng)用前景。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202205275

3、Adv. Mater.：《超彈性凱夫拉爾納米纖維氣凝膠作為智能熱管理的穩(wěn)健熱開關(guān)》“Hyperelastic Kevlar Nanofiber Aerogels as Robust Thermal Switches for Smart Thermal Management”

熱開關(guān)是一種調(diào)節(jié)熱阻并根據(jù)需要將其置于“開”或“關(guān)”模式的裝置。大多數(shù)熱開關(guān)需要通過復(fù)雜的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單且輕便高效的熱開關(guān)具有挑戰(zhàn)性。

東南大學(xué)孫正明教授、張培根副教授和中科院蘇州納米所王錦項(xiàng)目研究員等人采用慢質(zhì)子釋放調(diào)制凝膠和熱誘導(dǎo)交聯(lián)策略，設(shè)計(jì)并制備了超彈性Kevlar納米纖維氣凝膠(HEKAs)。該方法不使用交聯(lián)劑，且HEKAs表現(xiàn)出超低密度(4.7 mg cm⁻³)低導(dǎo)熱系數(shù)(0.029 W m⁻¹ K⁻¹)、高孔隙率(99.75%)、高熱穩(wěn)定性(550°C)、增加的壓縮回彈性(80%)和抗疲勞性。該熱開關(guān)具有較快的熱響應(yīng)速度(0.73°C s⁻¹)、高熱流通量(2044 J m⁻² s⁻¹)和7.5的開關(guān)比。研究為滿足多孔氣凝膠的超彈性和按需定制熱流提供了一條途徑。

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https://doi.org/10.1002/adma.202207638

4、AFM：《來自全生物質(zhì)前驅(qū)體的穩(wěn)健碳質(zhì)納米纖維氣凝膠》“Robust Carbonaceous Nanofiber Aerogels from All Biomass Precursors”

開發(fā)可大規(guī)模生產(chǎn)的可控、可持續(xù)、低成本的路線來生產(chǎn)具有良好機(jī)械性能的氣凝膠仍然是一項(xiàng)艱巨的挑戰(zhàn)。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士團(tuán)隊(duì)提出了利用生物質(zhì)納米纖維模板定向水熱炭化法制備碳質(zhì)納米纖維氣凝膠的通用路線。該方法所制備的碳質(zhì)納米纖維表面暴露出豐富的官能團(tuán)，與傳統(tǒng)的天然生物聚合物氣凝膠相比，通過調(diào)整合成參數(shù)，CNFAs獲得了良好的可回收性和高強(qiáng)度的優(yōu)越組合。通過將3D交聯(lián)結(jié)構(gòu)與CNF表面的不同官能團(tuán)相結(jié)合，構(gòu)建了一種價(jià)格低廉的快速水處理裝置，可實(shí)現(xiàn)染料的快速去除（3183 L h^-1m^-2）和高吞吐量（超過90%的去除效率）。該文提出的合成方法和可持續(xù)發(fā)展的概念將為廣泛制備具有獨(dú)特性能的高級(jí)氣凝膠開辟新的途徑。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202207532

5、CEJ：《具有持久的熱流體超驅(qū)避性能的彈性氟改性SiO₂@sponge復(fù)合氣凝膠》“Durable thermal fluid super-repellency of elastic fluorine-modified SiO₂@sponge composite aerogel”

彈性氣凝膠材料具有持久地在空氣中進(jìn)行熱管理的巨大潛力。然而，由于熱流體的吸濕性，如何直接持久地在熱流體中保持穩(wěn)定仍然是一個(gè)重要的挑戰(zhàn)。

西南科技大學(xué)材料與化學(xué)學(xué)院&環(huán)境友好能源國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室王山林副教授團(tuán)隊(duì)制造了一種彈性氟改性SiO₂@sponge復(fù)合氣凝膠，它密度低，比表面積高，在空氣中的導(dǎo)熱系數(shù)低，具有高應(yīng)力-應(yīng)變(60%應(yīng)變下大于180kpa)，以及多項(xiàng)優(yōu)秀熱管理性能，且在60%應(yīng)變下壓縮1000次循環(huán)仍具有良好的性能。在直接面對(duì)200 mL熱液體或熱蒸汽12小時(shí)后，最高背溫低于60℃。該材料將為在熱管理領(lǐng)域特別是流體熱管理領(lǐng)域的應(yīng)用提供更顯著的適應(yīng)性和選擇性的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)。

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https://doi.org/10.1016/j.cej.2022.140247

6、Adv.Sci.：《超彈性三維組裝粘土/石墨烯氣凝膠用于連續(xù)太陽能海水淡化和油/有機(jī)溶劑吸收》“Superelastic 3D Assembled Clay/Graphene Aerogels for Continuous Solar Desalination and Oil/Organic Solvent Absorption”

近年來，新開發(fā)的太陽能界面蒸發(fā)技術(shù)引起了廣泛關(guān)注。但在處理高濃度鹽水時(shí)，構(gòu)建可長(zhǎng)期保持高蒸發(fā)速率的太陽能蒸發(fā)裝置是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

山東第一醫(yī)科大學(xué)李晨蔚教授、丁美春副教授與中科院化學(xué)所劉琛陽研究員等利用商業(yè)泡沫作為犧牲骨架，制備了超彈性、任意形狀的三維組裝粘土/石墨烯氣凝膠(CGAs)用于太陽能脫鹽和有機(jī)溶劑吸附。CGAs在95%的壓應(yīng)變和0.09 ~ 0.23 MPa的壓應(yīng)力下具有超彈性。使用粘土作為骨架支撐顯著減少了石墨烯50%的使用。疏水性CGAs的溶劑吸收能力為自身重量的186 ~ 519倍。此外，研究人員還設(shè)計(jì)了三維組裝的親水CGA可以用于高效太陽能除鹽。組裝的CGA系統(tǒng)表現(xiàn)出極高的蒸發(fā)率和優(yōu)異的耐鹽性能，即使在20 wt%的鹽水中連續(xù)36小時(shí)照明，也沒有鹽沉淀，這是太陽能海水淡化裝置中報(bào)道的最佳結(jié)果。該工作在連續(xù)太陽能脫鹽和高效的油/有機(jī)溶劑吸附方面具有巨大的應(yīng)用潛力。

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https://doi.org/10.1002/advs.202205202

7、Adv. Mater.：《高熵合金氣凝膠:二氧化碳減排的新平臺(tái)》“High-entropy Alloy Aerogels: A New Platform for Carbon Dioxide Reduction”

高熵合金氣凝膠(HEAAs)結(jié)合了高熵合金和氣凝膠的優(yōu)點(diǎn)，是催化反應(yīng)中很有前景的新平臺(tái)。然而，由于不同金屬的還原勢(shì)和混相行為的差異，單相HEAAs的實(shí)現(xiàn)仍然是一個(gè)巨大的挑戰(zhàn)。

江南大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院劉天西教授團(tuán)隊(duì)采用凍融法制備了一系列高熵合金氣凝膠，作為二氧化碳還原反應(yīng)(CO₂RR)的高活性、耐久電催化劑。機(jī)理研究表明，高熵合金氣凝膠獨(dú)特的三維網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、金屬間的強(qiáng)相互作用以及表面豐富的不飽和位點(diǎn)，調(diào)控了其電子結(jié)構(gòu)，優(yōu)化了催化劑表面HCOO*中間體的吸附和解吸強(qiáng)度，抑制了一氧化碳的吸附及析氫副反應(yīng)，從而增強(qiáng)了其催化活性、選擇性及穩(wěn)定性。這項(xiàng)工作不僅為HEAAs的制備提供了一種簡(jiǎn)便的合成策略，而且為高效催化劑的開發(fā)開辟了道路。

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https://doi.org/10.1002/adma.202209242

8、Angew：《純天然木材氣凝膠》“An All-Natural Wood-Inspired Aerogel”

木材的定向孔結(jié)構(gòu)使其具有多種優(yōu)異的性能，其中較低的導(dǎo)熱系數(shù)吸引了研究者們開發(fā)類木材氣凝膠作為優(yōu)良的隔熱材料。然而，日益增長(zhǎng)的環(huán)保要求對(duì)氣凝膠的可持續(xù)性提出了新的嚴(yán)格要求。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)俞書宏院士和管慶方副教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種由純天然成分組成的純天然木材氣凝膠，并開發(fā)了一種激活表面惰性木材顆粒的方法來構(gòu)建氣凝膠。該方法得到的木質(zhì)氣凝膠具有與天然木材相似的通道結(jié)構(gòu)，使其具有比大多數(shù)現(xiàn)有商業(yè)海綿更好的隔熱性能。此外，還具有優(yōu)異的阻燃性和完全的生物降解性。由于上述突出的性能，這種可持續(xù)的木材氣凝膠將是現(xiàn)有商業(yè)熱絕緣劑的理想替代品。

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https://doi.org/10.1002/ange.202211099

9、ACS Nano：《石墨烯氣凝膠錨定TinO_2n-1/MXene分層雙功能催化劑用于柔性高能鋰硫電池》“TinO_2n-1/MXene Hierarchical Bifunctional Catalyst Anchored on Graphene Aerogel towards Flexible and High-Energy Li–S Batteries”

具有高能量密度、靈活性和安全性的鋰硫(li -硫)電池的發(fā)展對(duì)新興的植入式設(shè)備、生物監(jiān)測(cè)和可卷起顯示器非常有吸引力。然而，現(xiàn)有的硫陰極、易燃液體電解質(zhì)和極活性鋰陽極的循環(huán)穩(wěn)定性和靈活性差，引發(fā)了嚴(yán)重的電池性能下降和安全問題。

北京航空航天大學(xué)Shichao Zhang、邢雅蘭副教授、清華大學(xué)深圳國(guó)際研究生院周光敏副教授團(tuán)隊(duì)提出了一種由3D柔性正極、GPE和機(jī)械性能增強(qiáng)的鋰金屬負(fù)極組成的靈活安全的柔性鋰硫電池。金屬1T MoS₂和富氧空位TinO_2n-1 /MXene分層雙功能催化劑(Mo-Ti /Mx)，錨定在還原氧化石墨烯-纖維素納米纖維(GN)宿主(Mo-Ti /Mx - GN)上作為三相正極材料，結(jié)合Li₂S₆電解液以解決上述問題。通過應(yīng)用定向凝固工藝，實(shí)現(xiàn)了具有波浪形多拱形態(tài)的柔性GN支架的分層結(jié)構(gòu)。1T MoS₂和TinO_2n-1 /MXene的協(xié)同作用有利于抑制鋰多硫化物(LiPSs)的穿梭行為，加快硫物種的氧化還原動(dòng)力學(xué)，促進(jìn)鋰多硫化物電催化還原為L(zhǎng)i₂S。Mo-Ti/Mx-GN電極即使在高硫負(fù)載量（8.4 mgs cm^-2）和貧電解液（7.6 μL mgs^-1）條件下，仍然表現(xiàn)出良好的循環(huán)穩(wěn)定性。由Mo-Ti/Mx-GN柔性電極、GPE和機(jī)械性能增強(qiáng)的鋰負(fù)極組裝的軟包Li-S電池表現(xiàn)出優(yōu)異的柔性和安全性能。

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https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08246

10、AFM：《用于水分誘導(dǎo)能量收集和自供電電子皮膚的仿生氣凝膠》“Biomimetic Aerogel for Moisture-Induced Energy Harvesting and Self-Powered Electronic Skin”

基于濕電發(fā)生器的藍(lán)色能源得到了廣泛的研究。提高M(jìn)EGs系統(tǒng)的功率，擴(kuò)大其在自供電電子皮膚中的應(yīng)用還面臨著重大挑戰(zhàn)。

四川大學(xué)傅強(qiáng)教授、鄧華教授等人受蕨類植物結(jié)構(gòu)的啟發(fā)，開發(fā)了一種仿生濕電氣凝膠IL-GO/GO@PVA作為MEGs用來收集能量。聚乙烯醇樹枝狀膠體充當(dāng)“根”和“莖”，為運(yùn)輸水分子提供支撐和通道。與此同時(shí)，“葉子狀”氧化石墨烯薄片通過與水直接相互作用來發(fā)電。此外，基于上述仿生結(jié)構(gòu)，文章通過增加比表面積(120.4 m² g ^-1)和引入超高離子密度梯度(從−35 mV到+37 mV)進(jìn)一步增強(qiáng)了meg的輸出性能。由于具有良好的吸水性，該材料具有良好的耐鹽性和循環(huán)穩(wěn)定性。通過構(gòu)建獨(dú)特的仿生結(jié)構(gòu)、超高離子密度梯度和調(diào)節(jié)環(huán)境條件，該研究制備的高性能MEG，具備超高開路電壓(1.9 V)和短路電流(82.5 μ a)，以及擁有連續(xù)輸出MEG中行業(yè)領(lǐng)先的功率密度(22.55 μ W cm⁻²)。此外，作者演示了該MEGs部件能夠準(zhǔn)確地響應(yīng)環(huán)境和壓力變化，顯示出其在自供電電子皮膚中的應(yīng)用潛力。

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https://doi.org/10.1002/adfm.202210027