背景
着纳米科学和技术的发展，能够将局部燃料或外部能量转换成纳米级运动的自推进式微/纳米机器，已成为药物主动传输、环境恢复、生物诊断、细胞操作等领域的有力工具。
三种经典的电沉积模式，动电位（PD）模式、恒电位（PS）模式和恒电流（GS）模式，被广泛用于制造上述微/纳米机器，以获得刚性、柔性、管状和螺旋形微/纳米结构。
利用这三种电沉积模式中制备氧化锰（MnO2）-微/纳米电机已受到广泛研究。例如商业MnO2微电机在21%过氧化氢（H2O2）中借助H2O2分解产生的气泡推动，可以实现约120μm·s-1的快速运动。
来自美国加利福尼亚大学纳米工程系的Joseph Wang团队重点研究了不同沉积模式对微/纳米电机运动行为的影响，继而理清微电机的理化特性与催化性能之间的关系，旨在提高微/纳米机器在未来实际应用中的工作效率。相关研究成果已发表在small期刊上。
合成
聚碳酸酯膜模板作为辅助，利用电化学沉积在醋酸锰水溶液中合成双层管状微电机，外层为PEDOT，内层为MnO2。该MnO2基微电机的结晶形式和化学组成高度依赖于电沉积模式。其中，PS电沉积的微电机在10％H2O2溶液中表现出高达147μm·s-1的快速速度。与用于污染物降解的典型MnO2基微电机相比，这种新型的PEDOT/MnO2管式微电机实现了有机废物（如亚甲蓝）的完全和快速降解。
催化性能
MnO2作为H2O2的理想催化剂，能够促进微电机分解H2O2产生用于推进的氧气泡，并产生自由基用于随后的有机分子降解反应。强有力的微电机运动在去污过程中产生有效的混合，从而形成高效的催化清洁系统。
此外，在表面活性剂的存在下，染料分子吸附在氧气泡的气-液界面上，并通过泡沫柱上升；上升的泡沫可以通过多种技术简易地去除。
例如，PS模式下合成的PEDOT / MnO2微电机，长度为13.5μm，外径为5μm，内径约2μm。这种微电机具有光滑的外表面和紧密蜂窝状结构的MnO2内层。蜂窝状结构提供了高比表面积，以分解H2O2并产生足够的氧气泡，有利于催化降解和有机废物的吸附气泡分离。
利用GS模式和PD模式沉积同样能够得到管状结构微电机，但MnO2层具有明显不同的形态。GS沉积下，高度结晶的MnO2微尺寸片材在内部生长并填满整个微管；PD沉积下，MnO2微片在微管的开口处过度生长并聚集。MnO2微电机的不同多晶型和几何结构导致推进行为的巨大差异。
图文 1
▲ 模板辅助电沉积制备PEDOT/MnO2微电机
▲ MB的催化降解和吸附气泡分离机理
（插图：MB分子在气泡-空气界面处的吸附）
2
▲ PEDOT/MnO2微管结构
（从左到右：PS沉积，GS沉积，PD沉积）
▲ PEDOT/MnO2微电机分别在
线性、旋转、螺旋和轨道运动模式下推进
（比例尺：10μm）
总结
三种常规电沉积模式得到的H2O2驱动、MnO2基管式微电机，在PS和PD模式下实现了高达147和210μm·s-1的高速高效运动，但在GS模式下速度仅为18μm·s−1。此MnO2基微电机可有效降解偶氮染料有机废物（MB）；催化降解和吸附气泡分离的组合促进染料污染水的显著脱色。在PS电沉积中，10min内可以达到99％以上的MB脱色；PD电沉积下降解时间延长至15min。与商业MnO2微电机相比，该电沉积-MnO2微电机提供了一种有效的策略，实现有机废物的快速净化。
原文链接：
https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/smll.201802771
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