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東北大學徐大可教授團隊《Adv. Funct. Mater.》：珍珠母啟發的多尺度層級交聯增強的MOF基防污耐微生物腐蝕涂層

2023-08-01 來源：高分子科技

海洋生物污損是海洋工程材料服役中面臨的世紀性難題，開發無毒高效的防污涂層事關能源、環境、國防等國家重大需求，但是現階段的防污涂層由于較差的機械性能和短效被動殺菌機制不可避免地發生二次生物污損以及更嚴重的微生物腐蝕。

近日，東北大學材料科學與工程學院徐大可教授團隊針對上述問題，受珍珠母不定形/結晶異質結構的啟發，開發一種由生物基聚合物水凝膠和致密有機金屬框架材料（MOFs）協同組裝的穩定堅韌的海洋防污防腐涂層。多尺度高密度交聯網絡有效提高涂層強度和韌性等力學性能，而且可不受基底的材質和形貌的限制而穩定涂覆在金屬、玻璃、橡膠，塑料等各種材料表面。更重要的是，由于MOF材料本征多孔特性，這種仿生涂層可作為殺菌劑、緩蝕劑等的多功能負載平臺，呈現出基于智能金屬離子或藥物釋放的主動防御行為，實現對于包括蛋白質、細菌、藻類在內海洋污損生物的廣譜防污，并有效抑制金屬材料的微生物腐蝕過程。該研究成功開發了一種新型高強MOF基涂層的制備策略，并為海洋防污與海洋防腐的協同設計提供了獨特見解。相關內容以“Nacre-Inspired Metal-Organic Framework Coatings Reinforced by Multiscale Hierarchical Crosslinking for Integrated Antifouling and Anti-Microbial Corrosion”為題發表于國際權威期刊《Advanced Functional Materials》。東北大學材料學院博士生于智群和青年教師李祥宇為共同第一作者，通訊作者為徐大可教授，東北大學為第一完成單位。

圖1. 珍珠母啟發的MOF基海洋防污防腐涂層：a) 由無定型水凝膠和結晶MOF構成的高度有序微結構；b) 涂層防污耐微生物腐蝕工作原理。

圖2. 涂層的制備與結構表征：a) 水凝膠錨定MOF生長過程；b-d) 制備過程表面微觀形貌變化；e-g) 水凝膠層和MOF基涂層的XRD譜圖、XPS譜圖和FTIR譜圖。

圖3. 涂層的力學性能：a-b) 不同CMC含量水凝膠的應力-應變曲線和對應強度；c-e) 不同PEI含量水凝膠的Zeta電位、浸潤性與保水能力；f) 涂層與基底間的粘合力；g-h) 不同基底材料及復雜曲率表面的涂層生長。

圖4. 涂層的防污性能：a) 抗蛋白質粘附性能；b-e) 普適抗菌性能；f-g) 抗藻性能；e) 銅離子釋放速率。

圖5. 涂層的耐微生物腐蝕性能：a) 銅離子pH響應釋放行為；b-c) 電化學阻抗譜表征；d-f) 海洋微生物環境下材料表面的最大點蝕深度。

圖6. 涂層的載藥性能：a) 載藥過程示意圖；b) 涂層BET吸附曲線；c-d) 涂層載藥效率與載藥量優化；e-f) 增強的防污防腐性能；g) 現有海洋防污涂層性能比較。

以上工作獲得了國家重點研發計劃、國家自然科學基金重點項目、中國博士后創新人才支持計劃項目、中國博士后科學基金面上項目、遼寧省自然科學基金科研啟動項目和中央高校基本科研業務項目的支持。

原文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.202305995

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（責任編輯：xu）

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