《AFM》香港城市大學呂堅/李揚揚：瞭解一下，首例全無機試劑合成礦物凝膠！

該研究報告了一種僅使用水和 FeCl 3 .6H 2 O 和 (NH 4 ) 6 Mo 7 O 24 .4H 2 O 無機鹽合成的新型水凝膠，它爲各種離子（包括 Li + 、Na + 、Mg 2+ 、Zn 2+ 、Mn 2+ 或 Ca 2+ ）提供了穩定的宿主，提供高離子電導率。更有趣的是，凝膠的氧化還原對 Fe 2+ /Fe 3+ 呈現出相當大的贗電容，提供高體積能量密度（4.8 mWh cm -3 ，基於一體式半電池）和循環穩定性。這種簡單的一體式方法既方便又有效——通過將基於礦物凝膠的半電池與另一個匹配電極配對，形成了一種新型的電荷存儲裝置，凝膠作爲一種電活性 材料、電解質和膜分離器。此外，這裡報道的礦物水凝膠具有低細胞毒性、自粘合性和可癒合性，並且具有很強的抗膨脹和崩解性，即使在水中浸泡 60 天也沒有觀察到坍塌或體積膨脹。 據悉 ， 這是第一次在完全生物相容的環境中由全無機試劑合成礦物水凝膠 ， 這也揭示了生命週期中前細胞進化這個充滿神話的話題 。

示意圖1 a) 該 研究報道的礦物凝膠合成路線示意圖，b) 兩塊礦物凝膠合二爲一前後的光學照片，以及 c) 與有機水凝膠和有機凝膠相比的一般特性。

圖1 a)“Paste-0.1M”、b)“Gel-0.5M”和 c)“Gel-1M”的 SEM 圖像，相應的照片顯示在插圖中。d)“Gel-0.5M”和 e)“Gel-1M”的 G'（存儲模量）和 G”（損耗模量）與剪切頻率的關係圖。

圖2 a-e)“Gel-0.5M”和 f-j)“Gel-1M”的 TEM 圖像、HRTEM 圖像、SAED 圖案、元素映射圖像和元素含量表。將凝膠浸泡在水中以濾出遊離離子。

圖4 a,b) 在含有不同濃度凝膠的培養基中培養 72 小時的 MRC-5 細胞的生長狀態：形態，c) “Gel-1M”在水中浸泡 60 天后的質量變化。插圖：新鮮製備的凝膠和在水中浸泡 60 天后的照片。

圖6 基於礦物水凝膠的一體式半電池的電化學性能： a) 不同掃描速率下的 CV 曲線；b) 不同電流密度下的 GCD 剖面圖；c) 不同掃描速率和電流密度下的相應體積電容；d) 能量密度和功率密度；e) 0.1 至 105 Hz 頻率範圍內的奈奎斯特圖；f) 在 0.92 A cm -3 下超過 5000 次循環的 GCD 循環性能（插圖顯示第一個和最後五個循環）。

圖7 一件式礦物水凝膠半電池的 Ragone 圖，與幾種商業儲能系統和最近基於一些主力材料（例如，二硫化鉬、黑磷和心電圖/碳納米管）的設備進行比較。

相關論文以題爲 Mineral Hydrogel from Inorganic Salts: Biocompatible Synthesis, All-in-One Charge Storage, and Possible Implications in the Origin of Life 發表在 《 Advanced Functional Materials 》 上。 通訊作者 是 香港城市大學 呂堅教授 和 李揚揚教授 。

參考文獻 ：

doi.org/10.1002/adfm.202109302