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  微/納米馬達(dá)具有優(yōu)異的自主運動和微尺度操控功能，在生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境治理等領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。在這些領(lǐng)域中，環(huán)境修復(fù)方向備受關(guān)注。微/納馬達(dá)的運動和對流引起的液體混合作用能夠顯著增強污染物與微馬達(dá)的傳質(zhì)與接觸效率，從而將受限于擴(kuò)散作用的傳統(tǒng)廢水處理速度提高一個數(shù)量級以上。同時，微/納馬達(dá)集群可能是高效環(huán)境修復(fù)的最佳解決方案。然而，單驅(qū)動微/納米馬達(dá)的控制方式單一，無法適應(yīng)復(fù)雜的自然及工業(yè)環(huán)境需求。因此，開發(fā)一種能夠?qū)崿F(xiàn)集群行為以及多重操控功能的微納馬達(dá)仍然是一個挑戰(zhàn)。

  近日，華中科技大學(xué)瞿金平院士/牛冉研究員團(tuán)隊以泡沫狀C₃N₄和Fe₃O₄納米粒子為基礎(chǔ)，制備了一種新型的雙模驅(qū)動微馬達(dá)（圖1）。其中三維多孔泡沫狀C₃N₄的孔隙結(jié)構(gòu)增加了比表面積，使離子通透性增強（圖2），而原位沉積的Fe₃O₄納米粒子引入了電子捕獲能力，提高了光捕獲和電子-空穴分離效率（圖3）。Fe₃O₄/f-C₃N₄微馬達(dá)在可見光輻照和低濃度H₂O₂（≤2%, v/v）燃料水平下表現(xiàn)出較強的光驅(qū)動/催化活性（圖4）。同時在外加磁場下，Fe₃O₄/f-C₃N₄微馬達(dá)的集體行為可以在局部產(chǎn)生高濃度的催化劑，大大提高了污染物脫除效率（圖5）。此外，原位形成的Fe₃O₄不僅有利于微馬達(dá)的分離與循環(huán)利用，而且在外加磁場的引導(dǎo)下具有定向催化功能（圖6）。因此，該低成本、易于回收、運動可控的Fe₃O₄/f-C₃N₄微馬達(dá)在生物醫(yī)學(xué)和環(huán)境領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。 

圖1（a）Fe₃O₄/f-C₃N₄微馬達(dá)的制備。（b）可見光或外加磁場下Fe₃O₄/f-C₃N₄微馬達(dá)的自推進(jìn)機制。

 圖2（a）泡沫狀C₃N₄和（b,c）Fe₃O₄/f-C₃N₄微馬達(dá)的形貌表征圖、選區(qū)電子衍射圖，以及（d）XRD圖。 

 圖6 外加磁場控制Fe₃O₄/f-C₃N₄微馬達(dá)順序降解左、右儲層中的羅丹明B。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsami.2c10590

團(tuán)隊簡介：

  華中科技大學(xué)瞿金平院士團(tuán)隊自2019年組建至今，主要圍繞多相多組分體系傳遞與反應(yīng)過程強化、生態(tài)難消納物質(zhì)綠色化替代與再利用、功能材料綠色高效制造與產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用開展相關(guān)研究工作。團(tuán)隊與國內(nèi)外眾多高校、研究機構(gòu)和企業(yè)保持密切合作，目前在研縱向和橫向項目多項，擁有一批先進(jìn)的高分子材料合成、加工和測試表征儀器設(shè)備，具備完善的研究設(shè)施和科研條件。團(tuán)隊常年招收碩士研究生、博士研究生、科研助理、機械工程師和博士后（聯(lián)系郵箱：niuran@hust.edu.cn）。

牛冉，華中科技大學(xué)化學(xué)與化工學(xué)院研究員、博士生導(dǎo)師，主要研究領(lǐng)域為微納馬達(dá)和新能源材料。目前以第一或通訊作者身份在PRL、PNAS、Sci. Adv.、ACS Nano、Small、Chem. Eng. J.、J. Mater. Chem. A、Energy Environ. Mater.、ACS Appl. Mater. Interfaces等具有重要影響力的國際刊物上發(fā)表SCI論文近50篇，主持承擔(dān)國家自然科學(xué)基金、重點研發(fā)計劃等國家和省部級科技項目多項，并獲得湖北省海外高層次人才計劃、武漢英才等多項榮譽獎勵。