成都，作为中国新一线城市建设中的主流城市之一，近十年来的发展可谓是日新月异。然而，快速的经济发展伴随而来的则是对环境问题的忽略，城市扬尘、机动车尾气、煤烟尘和工业废气的排放量也与日俱增。再加之成都作为四川盆地“锅底”，四面环山，在连续晴天少云天气，城市上空形成摄温层，盆地空气中的悬浮物不易被风吹走，空气浓度增高，加上建筑、交通等产生的粉尘影响，成都的空气质量一直以来在国内算是中等偏下。
网友戏言：过去，成都是一座你来了就不想走的城市；如今，成都是一座你来了就走不掉的城市！
图1. 成都2019年12月空气质量指数（上）；成都天气的变化（下）
控制空气细微颗粒物（PM）污染，除了从源头上对工厂排放气进行处理、汽车尾气减排等措施外，做好个人防护也是十分重要的环节。在日常生活中，最常见的防护手段就是佩戴口罩。目前的口罩主要是基于熔喷布驻极，利用静电吸附原理实现对PM的捕获。然而这种熔喷布口罩面临两个问题：一是通过驻极手段强制引入的静电难以保持，一旦受潮防护能力便会大大下降；二来就是呼吸阻力太大，这对人体肺部会带来损害，尤其是在跑步等高呼吸频率运动中。前段时间接连三名中学生运动猝死，和跑步戴口罩都有或多或少的关系。
离子液体（Ionic liquids, ILs）是一种完全由阴阳离子组成的功能化材料，其本身离子特性使得ILs有着较强的固有静电势表面。这种静电势表面使得ILs在无需驻极情况下对空气中PM的捕获成为了可能。因此自2017年起，四川大学化学学院陶国宏（点击查看介绍）、何玲（点击查看介绍）团队便一直从事基于ILs材料空气过滤设备的研制，并取得了一定研究进展（Adv. Sustainable Syst., 2020, 2000046; J. Mater. Chem. A, 2019, 7, 4619-4625; Adv. Mater. Interfaces, 2018, 5, 1700448）。
图2. 自供能过滤器的制备
近日，为了进一步增强ILs材料的静电作用特性，该团队制备了基于ILs和高分子的复合材料，并将该材料搭载到多孔骨架三聚氰胺甲醛(MF)树脂海绵上，形成了一种自供能空气过滤器。通过结合离子液体——1-甲基-3-丁基咪唑鎓醋酸盐([C4mim][OAc])和具有良好可塑性的高分子，将符合材料以无规则多层次排列的方式搭载在骨架材料上，既降低了过滤设备的压降，又实现了材料与颗粒物最大的接触可能。
图3. 自供能空气过滤设备过滤性能研究
随后，研究者为该设备提供了一个安全供电平台（3 V），在低压下形成一个高电场。增强的静电相互作用不仅对大颗粒（PM2.5和PM10）具有较高的去除效率（＞99%），而且对纳米颗粒（NPs）具有良好的净化性能（＞93%）。值得注意的是，研究人员脑洞大开，直接将该自供能过滤设备制备成个人防护口罩，结合纽扣锂电池或者太阳能电池板，在人体安全电压下制备了一种新型自供能过滤面罩。与商用口罩对比，具有更低的压降和更高的过滤性能。
这一成果近期发表在Nature Communications 上，文章的第一作者是四川大学硕士研究生张国浩。
原文（扫描或长按二维码，识别后直达原文页面，或点此查看原文）：
High-performance particulate matter including nanoscale particle removal by a self-powered air filter
Guo-Hao Zhang, Qiu-Hong Zhu, Lei Zhang, Fang Yong, Zhang Zhang, Shuang-Long Wang, You Wang, Ling He, Guo-Hong Tao
Nat. Commun., 2020, 11, 1653. DOI: 10.1038/s41467-020-15502-7
导师介绍
陶国宏
https://www.x-mol.com/university/faculty/49707
何玲
https://www.x-mol.com/university/faculty/49706
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