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  超親水涂層因其高水合性能普遍適用于制備防污涂層。然而，大多數(shù)由相對柔軟的聚合物組成的親水涂層容易在外力作用下失去其水合能力，導致表面防污能力受損。最近，纖維素納米晶（CNC）因其獨特的高水合能力，低成本和高強度等特點，在構建高強度防污涂層展現(xiàn)出了巨大潛力。然而，限于超親水CNC有限的表面粘附特性，如何把CNC整合為牢固的表面涂層仍然是一個巨大的挑戰(zhàn)。

  受海洋生物粘附策略的啟發(fā)，加拿大阿爾伯塔大學曾宏波教授團隊與Xing-Zhen Chen教授等合作通過引入中間粘附層的方法，開發(fā)了一種簡單高效的方法將分散的CNC固定為表面涂層的方法。所構建的CNC涂層包含雙層結構：中間粘附層以及自組裝CNC層。其中，中間粘附層由單寧酸（TA）/聚乙烯亞胺（PEI）/釩離子（V）組成，可在基底上引入大量官能團（例如氨基和鄰苯二酚集團）用來錨定CNC。另外，TA/PEI/V中間粘附層的粗糙程度可通過調整V離子濃度控制，以此來調控所形成的CNC涂層的致密程度。

圖一. TA/PEI/V-CNC 的設計思路以及形成機制

圖二. TA/PEI/V-CNC的形貌以及自組裝機理表征

  該團隊進一步測試了CNC涂層的表面潤濕性，CNC涂層的水接觸角僅為≈8°，表明CNCs層具有很強的表面親水性。CNCs涂層在水中的油接觸角OCA高達≈170°，證明了CNC涂層展現(xiàn)了超高的防油污性能。此外，由于CNC涂層的超親水特性，所存在的表面水合層可有效的防治蛋白質吸附和細胞附著。另外，因為CNC涂層表面水合層的潤滑作用（μ≈0.09），所制備的CNC涂層展現(xiàn)出了較高的耐磨性，在納米摩擦機的100次循環(huán)摩擦下，CNC涂層的形貌以及表面潤濕性能基本保持不變。

圖三. TA/PEI/V-CNC的親水性以及防污表征

  所開發(fā)的CNCs涂層可以沉積在聚偏二氟乙烯（PVDF）膜上并用于其油/水分離。TA/PEI/V涂層在膜表面表現(xiàn)為一層密集的聚集體。CNCs涂層可以在不犧牲膜的多孔結構的情況下沉積在膜表面（圖4），賦予膜對于分離水包甲苯乳液優(yōu)異的高滲透通量（超過6000 L m^-2 h^-1 bar^–1) 和接近于100%的水通量恢復率（圖5）。此外，CNCs修飾過后的PVDF膜在經(jīng)過酸/堿/鹽溶液或超聲處理后，其對于水包甲苯乳液分離性未發(fā)生明顯變化，表明CNCs修飾的膜材料即使在惡劣條件下也具有很好的穩(wěn)定性。同時，CNCs涂層膜對表面活性劑和其他污染物如BSA均表現(xiàn)出優(yōu)異的防污性能，這歸因于緊密堆積的CNCs涂層在膜表面形成了穩(wěn)定且致密的水合層。

圖四. TA/PEI/V-CNC 改性PVDF膜的掃描電鏡照片

圖五. TA/PEI/V-CNC 改性PVDF膜的油水分離水通量

  相關工作以“A Universal Strategy for Constructing Robust and Antifouling Cellulose Nanocrystal Coating”為題發(fā)表在《Advanced Functional Materials》上。阿爾伯塔大學曾宏波教授（加拿大工程院院士）為論文通訊作者，楊聞帥博士生為本論文的第一作者，潘鳴飛博士生為本論文的共同第一作者。該論文得到了加拿大自然科學和工程研究委員會等項目的資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1002/adfm.202109989