《AFM》香港城市大学吕坚/李扬扬：了解一下，首例全无机试剂合成矿物凝胶！

该研究报告了一种仅使用水和 FeCl 3 .6H 2 O 和 (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O 无机盐合成的新型水凝胶，它为各种离子（包括 Li + 、Na + 、Mg 2+ 、Zn 2+ 、Mn 2+ 或 Ca 2+ ）提供了稳定的宿主，提供高离子电导率。更有趣的是，凝胶的氧化还原对 Fe 2+ /Fe 3+ 呈现出相当大的赝电容，提供高体积能量密度（4.8 mWh cm -3 ，基于一体式半电池）和循环稳定性。这种简单的一体式方法既方便又有效——通过将基于矿物凝胶的半电池与另一个匹配电极配对，形成了一种新型的电荷存储装置，凝胶作为一种电活性 材料、电解质和膜分离器。此外，这里报道的矿物水凝胶具有低细胞毒性、自粘合性和可愈合性，并且具有很强的抗膨胀和崩解性，即使在水中浸泡 60 天也没有观察到坍塌或体积膨胀。 据悉 ， 这是第一次在完全生物相容的环境中由全无机试剂合成矿物水凝胶 ， 这也揭示了生命周期中前细胞进化这个充满神话的话题 。

示意图1 a) 该 研究报道的矿物凝胶合成路线示意图，b) 两块矿物凝胶合二为一前后的光学照片，以及 c) 与有机水凝胶和有机凝胶相比的一般特性。

图1 a)“Paste-0.1M”、b)“Gel-0.5M”和 c)“Gel-1M”的 SEM 图像，相应的照片显示在插图中。d)“Gel-0.5M”和 e)“Gel-1M”的 G'（存储模量）和 G”（损耗模量）与剪切频率的关系图。

图2 a-e)“Gel-0.5M”和 f-j)“Gel-1M”的 TEM 图像、HRTEM 图像、SAED 图案、元素映射图像和元素含量表。将凝胶浸泡在水中以滤出游离离子。

图4 a,b) 在含有不同浓度凝胶的培养基中培养 72 小时的 MRC-5 细胞的生长状态：形态，c) “Gel-1M”在水中浸泡 60 天后的质量变化。插图：新鲜制备的凝胶和在水中浸泡 60 天后的照片。

图6 基于矿物水凝胶的一体式半电池的电化学性能： a) 不同扫描速率下的 CV 曲线；b) 不同电流密度下的 GCD 剖面图；c) 不同扫描速率和电流密度下的相应体积电容；d) 能量密度和功率密度；e) 0.1 至 105 Hz 频率范围内的奈奎斯特图；f) 在 0.92 A cm -3 下超过 5000 次循环的 GCD 循环性能（插图显示第一个和最后五个循环）。

图7 一件式矿物水凝胶半电池的 Ragone 图，与几种商业储能系统和最近基于一些主力材料（例如，二硫化钼、黑磷和心电图/碳纳米管）的设备进行比较。

相关论文以题为 Mineral Hydrogel from Inorganic Salts: Biocompatible Synthesis, All-in-One Charge Storage, and Possible Implications in the Origin of Life 发表在 《 Advanced Functional Materials 》 上。 通讯作者 是 香港城市大学 吕坚教授 和 李扬扬教授 。

参考文献 ：

doi.org/10.1002/adfm.202109302