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氣凝膠有什么用？這16篇文獻(xiàn)告訴你

2021-10-12 13:56:22 作者：材料人來(lái)源：材料人分享至：

氣凝膠是指通過(guò)溶膠凝膠法，用一定的干燥方式使氣體取代凝膠中的液相而形成的一種納米級(jí)多孔固態(tài)材料。作為世界最輕的固體，已入選吉尼斯世界紀(jì)錄。這種物質(zhì)看上去像凝固的煙，但它的成分與玻璃相似。由于它的密度極小，用于航空航天方面非常合適。而且與傳統(tǒng)保溫隔熱材料相比，在同等隔熱效果下，氣凝膠材料厚度只有傳統(tǒng)保溫隔熱材料的1/2-1/5,可以為服役場(chǎng)所節(jié)省更多空間。氣凝膠材料特有的結(jié)構(gòu)使其在熱學(xué)、力學(xué)、光學(xué)、電學(xué)、聲學(xué)等方面具有許多獨(dú)特的性質(zhì)，在高溫催化劑載體、高溫密爐以及超高聲速飛行器等軍用和民用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。氣凝膠無(wú)疑作為材料學(xué)中熱門(mén)的材料之一頻繁在頂刊出現(xiàn)，接下來(lái)一起領(lǐng)略氣凝膠的無(wú)窮魅力。

1. 江南大學(xué)劉天西（ACS Applied Materials & Interfaces）：聚酰亞胺納米纖維增強(qiáng) Ti3C2Tx的氣凝膠，具有“層狀柱”微孔，用于高性能壓阻應(yīng)變傳感和電磁波吸收

單層MXene納米片，化學(xué)式為 Mn+1XnTx[（n=1–4），其中M表示過(guò)渡金屬，X 表示C或者N，Tx表示不同官能團(tuán)]，由于其出色的固-液加工性能、非凡的導(dǎo)電性（6000-8000 S cm-1）、高縱橫比以及源自其金屬骨架和豐富的表面官能團(tuán)的高度可調(diào)的表面化學(xué)性質(zhì)而引起了全世界的關(guān)注。此外，MXene還表現(xiàn)出良好的導(dǎo)熱性和優(yōu)異的機(jī)械強(qiáng)度，使這種新發(fā)現(xiàn)的二維功能材料在儲(chǔ)能材料中具有廣泛的應(yīng)用，其中包括電磁干擾（EMI）屏蔽，電磁微波吸收（EMA），傳感器，凈水，氣體分離和催化。然而，由于相鄰薄片之間的面內(nèi)共價(jià)鍵和范德華相互作用，MXene薄片很容易重新堆疊，導(dǎo)致可及表面積的顯著退化以及電子和離子的緩慢傳輸。

江南大學(xué)劉天西利用短聚酰亞胺納米纖維（PINFs）作為交聯(lián)和支撐構(gòu)建塊來(lái)構(gòu)建輕質(zhì)、堅(jiān)固和彈性的PINF/Ti3C2TxMXene 復(fù)合氣凝膠（PINF/MA）。PINF/MA復(fù)合氣凝膠利用其獨(dú)特的三維片柱微孔結(jié)構(gòu)，在0-8 kPa（50%應(yīng)變）的寬壓力范圍內(nèi)，具有優(yōu)異的壓阻傳感性能，壓阻靈敏度為22.32 kPa-1，超低應(yīng)變檢測(cè)限為0.1%，以及出色的壓縮/回彈穩(wěn)定性（信號(hào)在 1500 次循環(huán)后仍保持穩(wěn)定）。這些卓越的壓阻傳感特性使PINF/MA具有有趣的能力，比如可以實(shí)時(shí)檢測(cè)大小不一的人類(lèi)活動(dòng)（手腕和手指彎曲、脈搏和聲帶振動(dòng)）。更有趣的是，平行排列的葉脈狀薄片還使PINF/MA具有顯著的吸波性能[RLmin在 15.19GHz時(shí)為-40.45dB，有效吸收帶寬為5.66 GHz （12.34-18 GHz）]，使得多功能PINF/MA復(fù)合氣凝膠有望用于可穿戴應(yīng)變傳感器和微波吸收器。

參考文獻(xiàn)：Pu, L.; Liu, Y.; Li, L.; Zhang, C.; Ma, P.; Dong, W.; Huang, Y.; Liu, T., Polyimide Nanofiber-Reinforced Ti3C2Tx Aerogel with “Lamella-Pillar” Microporosity for High-Performance Piezoresistive Strain Sensing and Electromagnetic Wave Absorption. ACS Appl Mater Interfaces 2021.

2. 東南大學(xué)李全（Advanced Science）：一種前所未有的基于液晶彈性體的雙向形狀記憶氣凝膠

氣凝膠是用氣體代替凝膠孔隙中的液體成分而形成的，被公認(rèn)為是世界上最輕的固體材料。作為一種最有發(fā)展前景的多孔材料，氣凝膠具有密度低、熱導(dǎo)率低、表面積大等獨(dú)特的特性，使氣凝膠在催化劑載體、傳感器、吸收劑、航空航天材料等方面具有廣泛的應(yīng)用。特別是，完全由聚合物材料衍生的聚合物氣凝膠表現(xiàn)出突出的優(yōu)點(diǎn)，包括良好的機(jī)械性能和環(huán)境穩(wěn)定性，使其適用于廣泛的潛在應(yīng)用。作為一種獨(dú)特的聚合物氣凝膠，形狀記憶聚合物氣凝膠（SMPA）由于其多孔結(jié)構(gòu)以及由外部刺激引發(fā)的形狀恢復(fù)能力，近年來(lái)備受關(guān)注。憑借在外部刺激下兩種不同永久形狀之間可逆形狀變形的優(yōu)勢(shì)，雙向形狀記憶氣凝膠有望成為開(kāi)發(fā)執(zhí)行器、傳感器、機(jī)器人等實(shí)際應(yīng)用的首選氣凝膠。

東南大學(xué)李全通過(guò)正交熱光固化策略和中間機(jī)械拉伸步驟制備了第一個(gè)基于雙向形狀記憶液晶彈性體（LCE）的氣凝膠。通過(guò)差示掃描量熱法、隨溫度變化的廣角X射線(xiàn)散射和偏光顯微鏡結(jié)果表明氣凝膠具有液晶相，并且內(nèi)部介晶沿拉伸方向良好取向。除了具有優(yōu)越的壓縮性和出色的形狀穩(wěn)定性之外，這種基于LCE的氣凝膠可以在加熱/冷卻循環(huán)期間進(jìn)行可逆的形狀變形，收縮率為37%，在多次加熱/冷卻循環(huán)中具有優(yōu)異的抗疲勞性。此處公開(kāi)的這項(xiàng)工作實(shí)現(xiàn)了真正的雙向形狀記憶行為，而不是傳統(tǒng)聚合物氣凝膠材料的單向形狀變形，并可能促進(jìn)這種基于 LCE 的新型氣凝膠材料在控制裝置、軟執(zhí)行器等。

參考文獻(xiàn)：Wang, M.; Song, Y.; Bisoyi, H. K.; Yang, J. F.; Liu, L.; Yang, H.; Li, Q., A Liquid Crystal Elastomer-Based Unprecedented Two-Way Shape-Memory Aerogel. Adv Sci （Weinh） 2021, e2102674.

3. 中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)仿生材料與化學(xué)研究所劉建偉（Small）：金屬離子誘導(dǎo)自組裝使納米線(xiàn)基氣凝膠成為可能

氣凝膠是一種具有低密度、大表面積和高孔隙率的獨(dú)特特性的3D多孔固體材料，近年來(lái)受到了極大的關(guān)注。自1931年Kistler發(fā)明氣凝膠以來(lái)，各種氣凝膠，包括金屬氣凝膠、硫?qū)倩餁饽z、碳?xì)饽z、和纖維素氣凝膠，已經(jīng)制備成功。受控組成和理性設(shè)計(jì)多孔宏觀(guān)結(jié)構(gòu)賦予氣凝膠優(yōu)異的性能，如力學(xué)性能、絕熱性能、分子吸收性能、和電學(xué)性能。因此，氣凝膠成為多種應(yīng)用的關(guān)鍵候選者，包括傳感器，電催化，太陽(yáng)能海水淡化，污染物去除和能量存儲(chǔ)裝置。然而，這些傳統(tǒng)氣凝膠的制備過(guò)程復(fù)雜，形態(tài)難以控制，嚴(yán)重阻礙了它們的廣泛應(yīng)用。因此，有必要開(kāi)發(fā)一個(gè)簡(jiǎn)單的凝膠化過(guò)程并找出其潛在的機(jī)制。

中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)仿生材料與化學(xué)研究所劉建偉提出了一種簡(jiǎn)單的原位熱液策略，通過(guò)動(dòng)態(tài)金屬離子誘導(dǎo)組裝生成多孔的納米線(xiàn)（NW）氣凝膠。金屬離子誘導(dǎo)的配位對(duì)納米材料之間的相互連接起著重要的作用。對(duì)于動(dòng)態(tài)組裝機(jī)理，探討了與Mg、Zn、Co、Ca、Ni、Na等不同金屬離子的配位強(qiáng)度，并通過(guò)DFT計(jì)算進(jìn)一步驗(yàn)證了配位強(qiáng)度。在分子動(dòng)力學(xué)理論評(píng)價(jià)的輔助下，解釋了隨機(jī)分散的北西向束的形成過(guò)程。最后，通過(guò)簡(jiǎn)單的熱液過(guò)程，基于組裝的NW束成功制備了3D NW氣凝膠。這些發(fā)現(xiàn)有助于構(gòu)建具有獨(dú)特結(jié)構(gòu)特征和多功能的納米材料氣凝膠，為其他材料體系提供了新的機(jī)遇。

參考文獻(xiàn)：Shang, Q. G.; Wang, K.; Li, L. G.; He, Z.; Jiang, H. J.; Zhu, J. H.; Liu, J. W., A Metallic Ion-Induced Self-Assembly Enabling Nanowire-Based Aerogels. Small 2021, e2103406.

4. 廣西民族大學(xué)李文（Chemical Engineering Journal）：高性能季銨官能化殼聚糖/氧化石墨烯復(fù)合氣凝膠用于制糖重熔糖漿脫色

糖是具有戰(zhàn)略作用的商品之一，因?yàn)樗菄?guó)內(nèi)和工業(yè)對(duì)食品、飲料和醫(yī)藥的基本需求之一。從原糖（從甘蔗中提取）生產(chǎn)精制糖的常規(guī)步驟。（i）第一步涉及親和過(guò)程，從原糖中去除40%–50%的顏色。（ii）接下來(lái)涉及將原糖溶解以形成重熔糖漿。（iii）碳酸化和過(guò)濾從糖漿中去除40%–60%的剩余顏色和懸浮雜質(zhì)。（iv）進(jìn)行陰離子交換樹(shù)脂吸附過(guò)程，使糖漿進(jìn)一步脫色。（v）最后一步涉及結(jié)晶以獲得精制糖（純度：~99.9%）。在這些過(guò)程中，步驟iv，即碳酸化過(guò)濾重熔糖漿（CFRS）的脫色，是最關(guān)鍵的步驟，因?yàn)樗苯佑绊懽罱K產(chǎn)品的色值（等級(jí)）。

廣西民族大學(xué)李文開(kāi)發(fā)了一種季銨功能化殼聚糖/氧化石墨烯復(fù)合氣凝膠（GO-QACSA）的有效的吸附劑，用于去除高分子量還原糖堿性降解產(chǎn)物（HRSADPs）。GO-QACSA去除HRSADPs的優(yōu)勢(shì)可歸因于其良好連接的3D網(wǎng)絡(luò)狀多孔結(jié)構(gòu)、無(wú)毒、高親水性和豐富的季銨基團(tuán)。GO-QACSA對(duì)HRSADPs的平衡吸附容量達(dá)到364.09 mg/g，去除率> 90%。GO-QACSA表現(xiàn)出超快的吸附速率。回收實(shí)驗(yàn)表明GO-QACSA表現(xiàn)出良好的可再生性和可重復(fù)使用性。同時(shí)研究了HRSADP在GO-QACSA上吸附的相互作用機(jī)制，結(jié)果表明兩層HRSADPs通過(guò)季銨基和羧酸根基團(tuán)之間形成的電價(jià)鍵粘附在GO-QACSA表面。平均而言，一個(gè)HRSADP分子中的2-3個(gè)羧酸根離子與GO-QACSA的季銨陽(yáng)離子鍵合。基于最佳擬合平衡等溫線(xiàn)，提出了四種現(xiàn)象學(xué)數(shù)學(xué)模型，即外部傳質(zhì)阻力（EMTR）、內(nèi)部傳質(zhì)阻力（IMTR）、EMTR-IMTR 組合和活性位點(diǎn)吸附（AAS）。這些模型可用于為系統(tǒng)的吸附傳質(zhì)行為提供新的見(jiàn)解。

參考文獻(xiàn)：Xiao, Y.; Lu, H.-Q.; Shi, C.-R.; Lei, F.-H.; Rackemann, D.; Li, K.; Li, W.; Doherty, W. O. S., High-performance quaternary ammonium-functionalized chitosan/graphene oxide composite aerogel for remelt syrup decolorization in sugar refining. Chemical Engineering Journal 2022, 428, 132575.

5. 越南胡志明市科技大學(xué)Phung K. Le（Journal of Cleaner Production）：將粉煤灰綠色回收制成再生聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維增強(qiáng)的隔熱、隔音復(fù)合氣凝膠

近年來(lái)，技術(shù)發(fā)展的可持續(xù)性一直是評(píng)估此類(lèi)技術(shù)實(shí)用性的最重要方面之一。技術(shù)的開(kāi)發(fā)基于可持續(xù)因素，例如使用綠色無(wú)毒溶劑、不向周?chē)h(huán)境排放有害元素、能耗低、大規(guī)模生產(chǎn)的可行性受到科學(xué)家、企業(yè)和當(dāng)局的高度重視。降低生產(chǎn)成本的最常見(jiàn)方法之一是利用現(xiàn)有的廢物源并將其轉(zhuǎn)化為高價(jià)值的工程產(chǎn)品。此外，必須充分制定從廢物中生產(chǎn)可再生產(chǎn)品的程序，以符合可持續(xù)發(fā)展標(biāo)準(zhǔn)，并全面評(píng)估其大規(guī)模生產(chǎn)的潛力。火電廠(chǎng)燃煤產(chǎn)生的飛灰（FA）顆粒是其對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重影響的原因之一。迫切需要進(jìn)一步努力回收灰燼，釋放垃圾填埋場(chǎng)并防止其潛在污染。

越南胡志明市科技大學(xué)Phung K. Le提出了一種可行的零廢棄方法，即將100%的粉煤灰轉(zhuǎn)化為再生聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維增強(qiáng)的輕質(zhì)復(fù)合氣凝膠。在這項(xiàng)研究中，原料粉煤灰通過(guò)一種無(wú)毒、可生物降解的黃原膠溶液作為粘合劑與纖維骨架結(jié)合，然后凍干，留下一個(gè)中空的多孔結(jié)構(gòu)。所得復(fù)合氣凝膠的密度為0.026-0.062 g/cm3，孔隙率為96.59-98.42%，導(dǎo)熱系數(shù)為34-39 mW/（m·K），柔韌性楊氏模量為3.98-20.61 kPa，降噪系數(shù)為0.18-0.31。與不含粉煤灰的氣凝膠相比，在纖維框架中添加粉煤灰可以得到一種輕質(zhì)復(fù)合氣凝膠，具有更高的孔隙率、隔熱性能和隔音性能，以及令人印象深刻的壓縮模量。本研究為粉煤灰回收利用為高價(jià)值工程材料提供了一種安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)的解決方案。

參考文獻(xiàn)：Do, N. H. N.; Le, T. M.; Tran, H. Q.; Pham, N. Q.; Le, K. A.; Nguyen, P. T. T.; Duong, H. M.; Le, T. A.; Le, P. K., Green recycling of fly ash into heat and sound insulation composite aerogels reinforced by recycled polyethylene terephthalate fibers. Journal of Cleaner Production 2021, 322, 129138.

6. 浙江工業(yè)大學(xué)張波（Chemical Engineering Journal）：一種具有高吸附脫硫性能的高分散CeO2 /SiO2氣凝膠復(fù)合材料的簡(jiǎn)便制備

如今，由于日益嚴(yán)格的環(huán)境法規(guī)，從汽油中超深脫除硫化物已成為世界范圍內(nèi)的熱點(diǎn)。加氫脫硫（HDS）作為煉油廠(chǎng)汽油脫硫的常規(guī)方法之一，對(duì)硫醇、硫化物和二硫化物的脫除效果非常好，但對(duì)噻吩及其衍生物的脫除效果較差。此外，芳烴產(chǎn)品是重要的基礎(chǔ)化工原料，其中微量硫化物對(duì)后續(xù)產(chǎn)品加工產(chǎn)生不利影響。因此，開(kāi)發(fā)其他超深度脫硫技術(shù)對(duì)汽油和芳烴產(chǎn)品中的噻吩類(lèi)化合物脫除具有重要意義。在各種替代方案中，包括吸附脫硫（ADS）、氧化脫硫、萃取脫硫和生物脫硫等，ADS由于其設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便、成本低，特別是對(duì)噻吩類(lèi)化合物的選擇性脫除，采用合適的吸附劑，是最有前景的超深度脫硫方法之一。

浙江工業(yè)大學(xué)張波采用溶膠-凝膠法制備了高分散CeO2/SiO2氣凝膠復(fù)合材料，并在常壓下進(jìn)行干燥。該方法策略簡(jiǎn)單、低能耗、環(huán)保，是通過(guò)加入雙氧水將Ce3+轉(zhuǎn)化為Ce4+，而不是在更高的溫度下煅燒。同時(shí)，利用氣凝膠材料的獨(dú)特結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了CeO2在CeO2/SiO2表面的高度分散，與文獻(xiàn)報(bào)道的策略相比，該制備工藝不需要昂貴的模板。采用突破吸附和浴吸附實(shí)驗(yàn)研究了CeO2/SiO2氣凝膠復(fù)合材料對(duì)模擬汽油和模型芳烴產(chǎn)品中噻吩類(lèi)化合物的吸附脫硫性能，并通過(guò)吸附動(dòng)力學(xué)和熱力學(xué)研究了吸附過(guò)程的特征。

參考文獻(xiàn)：Yin, L.; Xu, J.; Zhang, B.; Wang, L.; Tao, W.; Teng, X.; Ning, W.; Zhang, Z., A facile fabrication of highly dispersed CeO2/SiO2 aerogel composites with high adsorption desulfurization performance. Chemical Engineering Journal 2022, 428, 132581.

7. 東華大學(xué)劉天西（Journal of Materials Science & Technology）：具有集成雙網(wǎng)絡(luò)的高柔性和可壓縮聚酰亞胺/二氧化硅氣凝膠，用于隔熱和阻燃

據(jù)報(bào)道，調(diào)節(jié)建筑物室內(nèi)溫度所需的能源約占世界能源消耗的20%，產(chǎn)生的溫室氣體排放量約占30%。為了促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，需要開(kāi)發(fā)用于節(jié)能建筑的保溫性能優(yōu)越的材料。然而，大多數(shù)商業(yè)絕緣材料在潮濕環(huán)境中總是表現(xiàn)出大大增加的熱導(dǎo)率，例如聚氨酯（PUR）泡沫（從25 mW m-1K-1增加了84%到46 mW m-1 K-1）、發(fā)泡聚苯乙烯（EPS）（從 36 mW m-1 K-1增加50%到54 mW m-1 K-1 ）和玻璃棉（從37 mW m-1 K-1增加49%到55 mW m-1 K-1）。此外，聚合物泡沫始終具有高度可燃性，可以迅速蔓延火勢(shì)，增加了建筑的安全隱患。而且鹵化或磷阻燃劑的添加一直受到國(guó)際環(huán)保組織的限制，因?yàn)檫@些添加劑往往會(huì)釋放出對(duì)環(huán)境和人類(lèi)有害的有毒物質(zhì)。因此，有必要開(kāi)發(fā)一種具有良好絕熱性能和機(jī)械強(qiáng)度或彈性、防潮、阻燃性能的保溫材料。

東華大學(xué)劉天西報(bào)告了一種具有集成雙網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的有機(jī)/無(wú)機(jī)復(fù)合氣凝膠，其中二氧化硅成分均勻分布在各向異性聚酰亞胺納米纖維氣凝膠基質(zhì)中，并且在兩種成分之間形成強(qiáng)界面效應(yīng)。集成的二元網(wǎng)絡(luò)賦予聚酰亞胺/二氧化硅復(fù)合氣凝膠出色的可壓縮性和柔韌性，即使無(wú)機(jī)物含量高達(dá)60%，可承受500次循環(huán)疲勞試驗(yàn)，徑向壓縮應(yīng)變?yōu)?0%。所得復(fù)合氣凝膠兼具出色的絕緣性能和低熱導(dǎo)率（21.2 mW m-1 K-1 ）和出色的耐 1200°C火焰而不崩解。高性能聚酰亞胺/二氧化硅氣凝膠可以降低火災(zāi)中鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)倒塌帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)，顯示出作為高效建筑材料的巨大潛力。

參考文獻(xiàn)：Tian, J.; Yang, Y.; Xue, T.; Chao, G.; Fan, W.; Liu, T., Highly flexible and compressible polyimide/silica aerogels with integrated double network for thermal insulation and fire-retardancy. Journal of Materials Science & Technology 2022, 105, 194-202.

8. 武漢理工大學(xué)董麗杰（Composites Part B: Engineering）：源自木棉纖維的碳?xì)饽z基復(fù)合相變材料：卓越的微波吸收性和高效的太陽(yáng)能/磁熱儲(chǔ)能性能

為了緩解化石燃料燃燒后引起的能源危機(jī)和新出現(xiàn)的生態(tài)變暖問(wèn)題，利用綠色、可再生和可持續(xù)的能源和技術(shù)變得越來(lái)越重要。熱能—一種無(wú)處不在的能源形式，有望提供一種極好的替代品，以緩解壓力并避免對(duì)化石燃料的過(guò)度依賴(lài)。相變材料（PCM）能夠在相變過(guò)程中儲(chǔ)存和釋放大量熱能，被認(rèn)為是緩解能源危機(jī)和環(huán)境污染的潛在候選材料。在各種相變材料中，固液相變材料由于其潛熱密度高、體積變化小而得到廣泛應(yīng)用。然而，由于泄漏問(wèn)題、低熱導(dǎo)率和太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換效率差等缺點(diǎn)，阻礙了固液相變材料的擴(kuò)大應(yīng)用。

武漢理工大學(xué)董麗杰報(bào)告了一種簡(jiǎn)單而有效的策略，用于制造基于碳化木棉纖維氣凝膠（CKF）的復(fù)合PCM，通過(guò)加入Fe3O4納米顆粒的磁性客體和封裝月桂酸（LA）的熱能客體。獲得的LA/CKF@Fe3O4復(fù)合PCMs（CPM）顯示出97.5%的LA的超高潛熱。此外，F(xiàn)e3O4的集成有助于CPM具有優(yōu)異的微波吸收性能通過(guò)在阻抗匹配和高損耗特性之間實(shí)現(xiàn)最佳平衡。CPM-30的最小反射損耗在8.4GHz時(shí)為-17.3dB，厚度為5.5 mm，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)-10dB的實(shí)際需求。此外，CPM還可以實(shí)現(xiàn)高效的太陽(yáng)能/磁熱轉(zhuǎn)換。這是第一個(gè)通過(guò)簡(jiǎn)便但可再生的方法制備的碳?xì)饽z基復(fù)合相變材料的例子，它還具有超高的熱能容量、增強(qiáng)的熱導(dǎo)率、優(yōu)異的微波吸收性能和高效的太陽(yáng)能/磁熱轉(zhuǎn)換性能。該研究通過(guò)將報(bào)告的系統(tǒng)擴(kuò)展到其他天然微管和功能客體，為設(shè)計(jì)具有多種儲(chǔ)能形式和功能的高性能復(fù)合PCM鋪平了道路。

參考文獻(xiàn)：Song, S.; Ai, H.; Zhu, W.; Lv, L.; Feng, R.; Dong, L., Carbon aerogel based composite phase change material derived from kapok fiber: Exceptional microwave absorbility and efficient solar/magnetic to thermal energy storage performance. Composites Part B: Engineering 2021, 226, 109330.

9. 美國(guó)麻省理工學(xué)院Jing Kong（Nano Letters）：用于熱再生空氣過(guò)濾的自下而上合成全熱催化劑氣凝膠

根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）的數(shù)據(jù)，空氣污染每年導(dǎo)致420萬(wàn)人死亡，化石燃料產(chǎn)生的細(xì)顆粒物（PM）是最具破壞性的罪魁禍?zhǔn)住？諝鈩?dòng)力學(xué)直徑小于4μm的細(xì)顆粒物可被吸入肺部并可能進(jìn)入血液，從而導(dǎo)致嚴(yán)重的健康問(wèn)題。今天的空氣過(guò)濾器仍然需要頻繁更換，造成高昂的人工和材料成本。雖然像反向吹掃這樣的技術(shù)和可清洗的過(guò)濾器已經(jīng)開(kāi)發(fā)出來(lái)以延長(zhǎng)過(guò)濾器的使用壽命，如果不正確處理細(xì)小的不溶性有機(jī)顆粒，二手污染問(wèn)題仍然令人擔(dān)憂(yōu)。

美國(guó)麻省理工學(xué)院Jing Kong提出了一種自下而上的合成方法來(lái)制造第一個(gè)全熱催化劑空氣過(guò)濾器（ATCAF）。由~50 nm直徑的TiO2自組裝纖維，ATCAF 不僅可以以>99.999%的效率捕獲燃燒產(chǎn)生的PM污染物，而且還可以催化高溫下捕獲的碳?xì)浠衔镂廴疚锏耐耆纸狻２⑶医榻B了制造方法，并在過(guò)濾效率、熱再生過(guò)程和壓降方面表征了ATCAF性能。它具有利用燃燒熱原位消除碳?xì)浠衔锊牧先紵a(chǎn)生的PM污染物的潛力。

參考文獻(xiàn)：Ji, X.; Zhao, J.; Jung, S. M.; Hrdina, A. I. H.; Wolf, M. J.; Yang, X.; Vaartstra, G.; Xie, H.; Luo, S. L.; Lu, A. Y.; Welsch, R. E.; Wang, E. N.; Li, L. J.; Kong, J., Bottom-Up Synthesized All-Thermal-Catalyst Aerogels for Heat-Regenerative Air Filtration. Nano Lett 2021.

10. 華中師范大學(xué)朱成周（ACS Sustainable Chemistry & Engineering）：痕量銥作為PtCuIr氣凝膠中的“粘合劑”，用于穩(wěn)健的甲醇電氧化

直接甲醇燃料電池（DMFC）作為最有前途的清潔能源之一，由于其能量轉(zhuǎn)換密度高、易于獲得和環(huán)境友好而受到廣泛關(guān)注。盡管Pt基催化劑被認(rèn)為是甲醇氧化反應(yīng)（MOR）的理想候選者，但其昂貴的成本和較差的抗中毒能力仍然是需要克服的主要障礙。根據(jù)雙功能機(jī)制和電子效應(yīng)，PtCu合金電催化劑由于其低成本和優(yōu)異的CO中毒耐受性在MOR中得到了廣泛的應(yīng)用。然而，Cu原子在MOR苛刻的腐蝕電催化條件下容易發(fā)生電化學(xué)浸出和溶解，破壞了PtCu合金的穩(wěn)定性。基于這些，引入PtCu的高度親氧金屬（Ru、Rh、Ni 等）已被證明是提高 MOR 性能的有效策略。此外，Ir是已被證實(shí)的用于MOR的最活躍的非Pt金屬。受此啟發(fā)，由于電催化劑的電子/協(xié)同或幾何效應(yīng)，調(diào)節(jié)電催化劑的組成在提高M(jìn)OR穩(wěn)定性方面產(chǎn)生了巨大的影響。因此，基于組件工程的MOR高穩(wěn)定性電催化劑的開(kāi)發(fā)值得廣泛研究。

華中師范大學(xué)朱成周通過(guò)基于成分工程的一步還原策略將痕量Ir摻入PtCu氣凝膠中，以進(jìn)一步提高M(jìn)OR的性能。優(yōu)化后的Pt1Cu1Ir0.04氣凝膠的質(zhì)量活度（MA）和比活度（SA）分別是商業(yè)Pt/C氣凝膠的4.1和2.6倍。值得注意的是，它的電流密度在20,000秒計(jì)時(shí)電流（CA）測(cè)量期間始終緩慢衰減，并且與Pt1Cu1相比具有最高的初始值活性保持率氣凝膠和商Pt/C，表明Ir原子在實(shí)現(xiàn)用于MOR的PtCu基合金催化劑的優(yōu)異穩(wěn)定性方面起著關(guān)鍵作用。密度泛函理論（DFT）計(jì)算表明，Ir在顯著降低催化的CO吸附能和減輕Pt1Cu1Ir0.04催化劑的CO中毒，進(jìn)一步提高M(jìn)OR活性方面起著至關(guān)重要的作用。同時(shí)，為了探索穩(wěn)定性增強(qiáng)背后的潛在機(jī)制，提出了空位形成能和晶體軌道哈密頓布居（COHP）分析來(lái)揭示穩(wěn)定性增強(qiáng)的機(jī)制，揭示了Pt1Cu1Ir0.04氣凝膠通過(guò)形成更強(qiáng)的金屬鍵而具有強(qiáng)大的穩(wěn)定性。這項(xiàng)研究展示了一種合理的策略，可以為實(shí)際燃料電池應(yīng)用設(shè)計(jì)具有強(qiáng)大穩(wěn)定性和出色活性的先進(jìn)合金電催化劑。

參考文獻(xiàn)：Fang, Q.; Wang, H.; Lv, X.; Wei, X.; Luo, X.; Huang, J.; Jiao, L.; Gu, W.; Song, W.; Zhu, C., Trace Iridium as ″Adhesive″ in PtCuIr Aerogels for Robust Methanol Electrooxidation. ACS Sustainable Chemistry & Engineering 2021, 9 （38）， 13039-13046.

11. 中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所馮亮（ACS Applied Materials & Interfaces）：用于電子皮膚和氣體傳感的柔性Ti3C2Tx MXene/PANI/細(xì)菌纖維素氣凝膠

電子皮膚（e-skins）具有高柔韌性、可拉伸性、適應(yīng)性和便攜性，在醫(yī)療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域引起了極大的關(guān)注，靈活的觸摸板，人工智能，以及人機(jī)交互。特別是柔性壓力傳感器由于其優(yōu)異的耐磨性、靈敏度和導(dǎo)電性，在電子皮膚中得到了廣泛的應(yīng)用。在碳材料中發(fā)現(xiàn)了多種傳感材料，如碳纖維、碳納米管、石墨烯等。這些具有物理化學(xué)特性的功能材料在電子皮膚中起著至關(guān)重要的作用。然而，上述一維（1D）或二維（2D）材料通常存在結(jié)構(gòu)單一、功能特性差的缺點(diǎn)。以氧化石墨烯（GO）為例，雖然GO具有良好的自組裝性能、較大的比表面積和良好的親水性，但其較差的導(dǎo)電性限制了其在壓力傳感器中的實(shí)際應(yīng)用。為了克服這些傳感材料的局限性，迫切需要將新型復(fù)合傳感材料應(yīng)用于電子皮膚。

中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所馮亮通過(guò)MXene和一維活性材料之間的自組裝過(guò)程制造了MXene/聚苯胺/細(xì)菌纖維素（MXene/PANI/BC）氣凝膠傳感器。結(jié)合較少層或單層的MXenes，制成的氣凝膠可用作壓力傳感器的活性層，監(jiān)測(cè)手指彎曲、手腕彎曲和脈搏跳動(dòng)的微小運(yùn)動(dòng)信號(hào)。還可以實(shí)現(xiàn)藍(lán)牙無(wú)線(xiàn)傳輸以監(jiān)測(cè)手機(jī)上的實(shí)時(shí)空間壓力分布，使基于氣凝膠的傳感器成為電子皮膚的理想選擇。同時(shí)，基于氣凝膠的傳感器對(duì)NH3敏感由于氣凝膠獨(dú)特的三維（3D）結(jié)構(gòu)和系統(tǒng)中MXene豐富的末端基團(tuán)（如 -O、？OH和？F），確保高效的電子轉(zhuǎn)移過(guò)程，創(chuàng)造活躍的站點(diǎn)與目標(biāo)氣體的吸收。這項(xiàng)工作為開(kāi)發(fā)MXenes提供了一個(gè)多功能平臺(tái)，以制造用于高性能柔性多傳感器的3D復(fù)合氣凝膠。

參考文獻(xiàn)：Zhi, H.; Zhang, X.; Wang, F.; Wan, P.; Feng, L., Flexible Ti3C2Tx MXene/PANI/Bacterial Cellulose Aerogel for e-Skins and Gas Sensing. ACS Appl Mater Interfaces 2021, 13 （38）， 45987-45994.

12. 西班牙碳科學(xué)與技術(shù)研究所Ana Arenillas（Small）：具有極高電導(dǎo)率的超輕石墨烯氣凝膠

近年來(lái)，具有定制化學(xué)和物理特性的材料的設(shè)計(jì)得到了迅速發(fā)展。由于在合成過(guò)程中可以最終控制碳質(zhì)材料的結(jié)構(gòu)、形態(tài)、熱學(xué)和電學(xué)性能，因此對(duì)其進(jìn)行了大量的研究。這一特性使得各種各樣的材料得以發(fā)展，即碳?xì)饽z（CA），具有特定的應(yīng)用，如催化載體、隔熱材料、化學(xué)吸附劑和儲(chǔ)能材料。碳?xì)饽z最顯著的特征是它們的多孔性質(zhì)、介孔率和大孔率，可以在合成過(guò)程中通過(guò)選擇合適的試劑和條件來(lái)定制，其中最突出的是催化劑的類(lèi)型、pH、濃度、溫度和不同合成步驟的時(shí)間。

西班牙碳科學(xué)與技術(shù)研究所Ana Arenillas通過(guò)使用氧化石墨烯分散體和間苯二酚/甲醛聚合物，已成功開(kāi)發(fā)出新型石墨烯氣凝膠。研究了不含和含催化劑的兩個(gè)系列材料。這些氣凝膠的石墨烯片被碳化的R/F聚合物部分覆蓋，作為它們之間的連接紐帶，創(chuàng)建了一個(gè)無(wú)縫互連的3D網(wǎng)絡(luò)。這種網(wǎng)絡(luò)中石墨烯片的完美連接同時(shí)賦予氣凝膠出色的多孔性能和超高導(dǎo)電性。催化系列可能含有少量催化劑，但具有較高的導(dǎo)電性和較少量的石墨烯，這使得這些氣凝膠比未催化的更便宜。相反，未催化系列的特點(diǎn)是沒(méi)有催化劑，但要達(dá)到與催化系列相同的導(dǎo)電率值，需要更多的石墨烯，這使得它們更昂貴。CA-60-C氣凝膠具有最佳電導(dǎo)率值，852 S m-1具有97.58%的孔隙率。對(duì)于具有如此大孔隙率的石墨烯氣凝膠，這是迄今為止報(bào)道的最高電導(dǎo)率值。高導(dǎo)電性是由于石墨烯片之間的大量滲透，使得電子轉(zhuǎn)移更容易。此外，所采用的合成技術(shù)在工業(yè)規(guī)模上具有可擴(kuò)展性和通用性，并且可能是制造具有預(yù)成型形狀和優(yōu)異性能的3D石墨烯結(jié)構(gòu)的一種策略，這將使這些材料在不同領(lǐng)域的多種應(yīng)用成為可能。

參考文獻(xiàn)：Dos Santos-Gomez, L.; Garcia, J. R.; Montes-Moran, M. A.; Menendez, J. A.; Garcia-Granda, S.; Arenillas, A., Ultralight-Weight Graphene Aerogels with Extremely High Electrical Conductivity. Small 2021, e2103407.

13. 西南科技大學(xué)竹文坤（Journal of Hazardous Materials）：簡(jiǎn)單合成的羥基磷灰石氣凝膠對(duì)鈾（VI）的高吸附性能

鈾是一種天然存在的元素，具有毒性和放射性，是核電生產(chǎn)的重要組成部分。核工業(yè)發(fā)展如此迅速，近年來(lái)越來(lái)越多的鈾出現(xiàn)在水溶液中。未經(jīng)處理的含鈾廢水如果排入水環(huán)境，不僅會(huì)污染地表水，還會(huì)流入地下水或河流。同時(shí)，它很容易通過(guò)食物鏈被人類(lèi)攝取并在人體內(nèi)積累，從而導(dǎo)致一系列疾病，最終死亡。此外，浪費(fèi)大量排放未經(jīng)處理的含鈾廢水也導(dǎo)致鈾資源的流失。因此，在排放前對(duì)含鈾廢水進(jìn)行適當(dāng)處理成為當(dāng)前許多研究人員關(guān)注的關(guān)鍵問(wèn)題。為了去除廢水中的鈾，人們提出了很多方法，如化學(xué)沉淀法、離子交換法、溶劑萃取法、吸附法、膜過(guò)濾法等。其中，吸附具有環(huán)保、低成本、高效、易操作等優(yōu)點(diǎn)，被證明是最有前景的技術(shù)之一。

西南科技大學(xué)竹文坤使用冷凍干燥-煅燒方法合成羥基磷灰石（HAP）氣凝膠以有效去除鈾。與市售納米羥基磷灰石相比，HAP氣凝膠表現(xiàn)出更好的吸附性能。這是因?yàn)橹苽涞腍AP氣凝膠呈現(xiàn)連續(xù)的多孔結(jié)構(gòu)，可以為鈾的吸附提供更多的活性位點(diǎn)。HAP氣凝膠的鈾去除效率在10分鐘內(nèi)達(dá)到99.4%，在pH = 4.0 和298 K條件下的最大吸附容量高達(dá)2087.6 mg g-1 。此外，鈾在HAP氣凝膠上的固定化是化學(xué)吸附，這可能是由于吸附、溶解-沉淀和離子交換。這些結(jié)果表明，所制備 HAP氣凝膠可廣泛用作未來(lái)處理含鈾廢水的高效和潛在吸附劑。

參考文獻(xiàn)：Xiong, T.; Li, Q.; Liao, J.; Zhang, Y.; Zhu, W., Highly enhanced adsorption performance to uranium（VI） by facile synthesized hydroxyapatite aerogel. Journal of Hazardous Materials 2022, 423, 127184.

14. 四川大學(xué)王玉忠（Composites Part B: Engineering）：具有超高機(jī)械模量、增強(qiáng)的阻燃性和出色的隔熱應(yīng)用的完全基于生物質(zhì)的氣凝膠

隨著社會(huì)的快速發(fā)展，日益嚴(yán)峻的能源消耗問(wèn)題也越來(lái)越嚴(yán)重。特別是，建筑能耗占全球能耗約40％。目前，安裝熱絕緣材料中的建筑物是一廣泛采用的解決方案。石油基泡沫，如聚氨酯（PU）和發(fā)泡聚苯乙烯（EPS），由于其成本低、重量輕、導(dǎo)熱系數(shù)低，是實(shí)現(xiàn)節(jié)能的常見(jiàn)商業(yè)隔熱材料。然而，盡管有許多優(yōu)點(diǎn)，但這些聚合物泡沫已受到高可燃性缺點(diǎn)的嚴(yán)重限制。由保溫材料引發(fā)的建筑火災(zāi)隱患頻發(fā)，帶來(lái)嚴(yán)重的生命危險(xiǎn)和財(cái)產(chǎn)損失。此外，石油基泡沫的使用仍然存在可持續(xù)性和廢物污染問(wèn)題。石油基泡沫的不可再生來(lái)源將加劇能源危機(jī)，廢棄塑料的環(huán)境污染已成為廣泛關(guān)注的社會(huì)問(wèn)題。因此，迫切需要探索用于隔熱應(yīng)用的新型綠色安全材料。

四川大學(xué)王玉忠展示了一種新穎且簡(jiǎn)便的策略，可從天然豐富的海藻酸（AL）和植酸（PA）制造完全基于生物質(zhì)的氣凝膠，其中PA作為阻燃劑和交聯(lián)組分構(gòu)建了一個(gè)強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)AL矩陣。因此，所得生物質(zhì)氣凝膠具有0.052 g/cm3的低密度表現(xiàn)出超高的機(jī)械模量（25.1 ± 3.1 MPa）和比模量（440.4 ± 54.4 MPa cm3 ·g-1 ），遠(yuǎn)優(yōu)于以往報(bào)道的生物質(zhì)氣凝膠。由于均勻的三維多孔網(wǎng)絡(luò)的存在，生物質(zhì)氣凝膠表現(xiàn)出低熱導(dǎo)率（34-38 mW/m·K）和優(yōu)異的隔熱性能。此外，PA的引入賦予氣凝膠高阻燃性（極限氧指數(shù)值57%、UL-94 V-0等級(jí)、極低的放熱），同時(shí)生物降解性材料的生物降解率保持在較高水平，達(dá)到91.43%。該工作的氣凝膠結(jié)合了機(jī)械強(qiáng)度高、阻燃性高、絕熱性能好、可生物降解等優(yōu)點(diǎn)，為制備具有高環(huán)境安全性的絕熱材料提供了一種新策略。

參考文獻(xiàn)：Cao, M.; Liu, B.-W.; Zhang, L.; Peng, Z.-C.; Zhang, Y.-Y.; Wang, H.; Zhao, H.-B.; Wang, Y.-Z., Fully biomass-based aerogels with ultrahigh mechanical modulus, enhanced flame retardancy, and great thermal insulation applications. Composites Part B: Engineering 2021, 225, 109309.

15. 蘭州工業(yè)大學(xué)李安（ACS Applied Materials & Interfaces）：用于高效太陽(yáng)能蒸汽產(chǎn)生的低熱導(dǎo)率改性中空玻璃微球/還原氧化石墨烯復(fù)合氣凝膠

隨著世界人口的增加、生活水平的提高以及工業(yè)的快速發(fā)展，淡水短缺已成為一個(gè)嚴(yán)重的全球性問(wèn)題。盡管許多技術(shù)，例如多級(jí)閃存，多效蒸餾和反滲透等，被用于清潔水生產(chǎn)，它們主要依賴(lài)化石燃料和電力等不可再生能源的消耗，加劇了能源危機(jī)，并伴隨著嚴(yán)重的環(huán)境污染。太陽(yáng)能作為一種可再生的清潔能源，應(yīng)用在很多領(lǐng)域。最近，作為最有前途的水凈化技術(shù)之一，太陽(yáng)能蒸汽發(fā)電（SSG）引起了極大的關(guān)注，不僅因?yàn)樗萌≈槐M的清潔太陽(yáng)能，還因?yàn)槠洫?dú)特的“界面汽化”方式利用光熱生產(chǎn)淡水。為了實(shí)現(xiàn)優(yōu)異的蒸發(fā)性能并實(shí)現(xiàn)SSG在水凈化或海水淡化中的實(shí)際應(yīng)用，作為SSG系統(tǒng)的關(guān)鍵組成部分，光熱材料應(yīng)具有良好的太陽(yáng)光吸收性能、多孔親水結(jié)構(gòu)以實(shí)現(xiàn)快速輸水，良好的隔熱性以最大限度地減少熱損失等。

蘭州工業(yè)大學(xué)李安報(bào)告了通過(guò)溶膠-凝膠法制備由3-氨基丙基三乙氧基硅烷（KH550）改性的空心玻璃微球（HGM）和還原氧化石墨烯（RGO）組成的新型氣凝膠GAHAS和GAHAF，以實(shí)現(xiàn)高效的SSG。RGO可以很好地包裹在改性HGM上并形成具有優(yōu)異機(jī)械性能的互穿多孔結(jié)構(gòu)。此外，受益于HGM的中空結(jié)構(gòu)，超臨界CO2干燥得到的GAHAS保持了水凝膠的原始結(jié)構(gòu)并表現(xiàn)出低導(dǎo)熱系數(shù)（0.0823 W m–1 K–1）在潮濕狀態(tài)和自漂浮能力。結(jié)合其超親水潤(rùn)濕性和高吸光率（約93%），所制備的GAHAS在太陽(yáng)（1 kW m–2）光照下顯示出89.13%的出色光熱轉(zhuǎn)換效率和出色的穩(wěn)定性。此外，從模擬海水室外太陽(yáng)能淡化實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，凈化水中四種初級(jí)離子K+、Ca2+、Na+和Mg2+的濃度分別為1.65、0.09、1.42和0.32 mg L–1，完全達(dá)到飲用水標(biāo)準(zhǔn)。因此，GAHAS氣凝膠在SSG的實(shí)際應(yīng)用中顯示出巨大的潛力。這項(xiàng)工作豐富了光熱材料，可能為設(shè)計(jì)和創(chuàng)造具有低導(dǎo)熱率、可調(diào)孔隙率、高機(jī)械強(qiáng)度、自漂浮能力和高太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換效率的SSG基HGM光熱材料提供新的思路。

參考文獻(xiàn)：Wang, S.; Niu, Y.; Wang, C.; Wang, F.; Zhu, Z.; Sun, H.; Liang, W.; Li, A., Modified Hollow Glass Microspheres/Reduced Graphene Oxide Composite Aerogels with Low Thermal Conductivity for Highly Efficient Solar Steam Generation. ACS Appl Mater Interfaces 2021, 13 （36）， 42803-42812.

16. 鄭州大學(xué)申長(zhǎng)雨（Carbon）：具有皮芯結(jié)構(gòu)的芳綸納米纖維衍生碳?xì)饽z薄膜，用于高電磁干擾屏蔽和太陽(yáng)能熱轉(zhuǎn)換

高性能電磁干擾（EMI）屏蔽材料的發(fā)展對(duì)第五代（5G）無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)的逐步應(yīng)用具有深遠(yuǎn)意義。解決電磁污染對(duì)精密電子設(shè)備、信息安全乃至人體健康造成危害的問(wèn)題。近幾十年來(lái)，EMI屏蔽材料已經(jīng)從傳統(tǒng)的易腐蝕和重金屬發(fā)展到輕質(zhì)、耐腐蝕的碳基材料及其復(fù)合材料。作為小型化和減輕重量的要求，使先進(jìn)的EMI 屏蔽材料盡可能輕和薄在特殊領(lǐng)域有很大的需求，包括航空航天、智能電子設(shè)備和無(wú)線(xiàn)電信。因此，探索同時(shí)具有低厚度和密度的高性能EMI屏蔽材料是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)之一。

鄭州大學(xué)申長(zhǎng)雨通過(guò)簡(jiǎn)便的方法制備了具有新型皮芯結(jié)構(gòu)的芳綸納米纖維（ANF）的熱解碳?xì)饽z薄膜，該皮芯結(jié)構(gòu)包含致密的薄膜表皮和3D多孔納米纖維網(wǎng)絡(luò)核。骨架中豐富的共軛芳香結(jié)構(gòu)使ANF衍生的碳?xì)饽z膜具有1029.5 S/m的高電導(dǎo)率。值得注意的是，高導(dǎo)電性，以及三維多孔皮芯結(jié)構(gòu)，不僅構(gòu)建了相互連接的電子傳輸路徑，而且顯著擴(kuò)展了電磁波的傳播路徑，在低密度（54.4mg/cm3）和薄厚度（162 μm）條件下，碳?xì)饽z薄膜的電磁干擾屏蔽效能（SE）高達(dá)41.4 dB，比屏蔽效能（SSE/t）高達(dá)47122.6 dB cm2/g。此外，ANF衍生的碳?xì)饽z薄膜表現(xiàn)出優(yōu)異的光熱轉(zhuǎn)換能力，極大地拓寬了應(yīng)用環(huán)境。更有趣的是，薄膜厚度、密度和面積可調(diào)的簡(jiǎn)單靈活的制備方法使碳?xì)饽z薄膜的大規(guī)模生產(chǎn)成為可能。

參考文獻(xiàn)：Zhou, B.; Han, G.; Zhang, Z.; Li, Z.; Feng, Y.; Ma, J.; Liu, C.; Shen, C., Aramid nanofiber-derived carbon aerogel film with skin-core structure for high electromagnetic interference shielding and solar-thermal conversion. Carbon 2021, 184, 562-570.

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