近日，华南理工大学现代食品工程研究中心孙大文院士团队在国际期刊《Chemical Engineering Journal》上在线发表了题为“Dual-bioinspired and ultra-flexible photothermal eutectogels for highly efficient passive anti-freezing”的研究型论文，华南理工大学孙大文院士为本文唯一通讯作者，田由助理研究员为第一作者。

随着温室效应的不断加剧，各行各业都面临着巨大的碳排放压力，而不依靠化石能源供给的被动式抗冻技术在节能减排方面将迎来广阔的发展空间。作为最接近民众日常生活的领域，食品冷冻工业是名副其实的“耗能大户”。据悉，全球每年因制冷所消耗的电量就占到全球用电量的15% ~ 20%。在冷冻食品生产中，制冷所需能耗在企业全年能耗中的占比甚至超过70%。与此同时，食品冷冻工业饱受结冰/结霜问题的困扰，冷冻设备积冰积霜将导致35% ~ 59%的制冷效率损失和20% ~ 40%的能耗增加，不仅让冷冻食品品质大打折扣，更造成了潜在的食品安全隐患和大量的无效碳排放。因此，将被动式抗冻策略引入食品冷冻工业迫在眉睫。当前广泛报道的高效被动式抗冻材料多存在制备成本高、功能不可再生、原料/制备工艺毒性相关等问题，极大限制了其在食品领域的可应用性。

  为探索一种绿色高效且兼顾严苛食品摄入安全的被动式抗冻策略，该团队以“耐寒动物体液优势抗冻组分”仿生的天然深共晶溶剂（NADES）为绿色优势抗冻剂，以碳纳米管（CNTs）为光热响应组分用以模仿“变温动物吸收太阳辐射提升体温”，以具有优异生物相容性的海藻酸钙（CA）为外骨架，制备获得了兼具优异光热转换能力和优异机械性能的双重生物激励光热共晶凝胶（CNTs/NADES@CA）。该研究利用NADES和羟基化CNTs之间广泛且强健的氢键相互作用，探索了一种基于简单物理制备方法的纳米填料高效分散策略，有效改善了材料的应力集中和载荷传递失效问题。研究结果表明，CNTs/NADES@CA光热共晶凝胶具有优异的界面抗结霜、抗结冰和除冰能力。其在光热条件的加持下，能有效吸附界面冷凝水并通过NADES体系强健的氢键网络固定吸附水分，从而有效避免了材料界面的积冰积霜和体系内水分子的迁移与定向重排，最终实现高效被动式抗冻。此外，CNTs/NADES@CA光热共晶凝胶被证实具有优异的体系水分光热解吸附能力，可快速去除体系内吸附的水分，赋予其理想的功能可再生能力。该研究是孙大文院士团队有关“基于NADES的可逐级赋能仿生抗冻软物质材料”研究方向的又一推进，将有望为有关食品冷冻工业的被动式抗冻研究提供新的思路。

 图1. CNTs/NADES@CA光热共晶凝胶的基本表征

图2. CNTs/NADES@CA光热共晶凝胶的热稳定性及体系氢键键合信息解析

 图3. CNTs/NADES@CA光热共晶凝胶的光热转换温升极限及光热稳定性评价

 图4. CNTs/NADES@CA光热共晶凝胶的界面抗结冰/除冰能力评价

原文链接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2024.151143

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