在智能超疏水界面材料領域，如何讓同一表面按需切換不同功能——如從“高粘附抓取液滴”到“低粘附自清潔”，或從“金屬離子釋放抗菌”到“抗黏附防污染”——一直是長期存在的挑戰。傳統策略雖能實現一定程度的調控，但往往依賴復雜預結構設計或外源化學試劑，操作繁瑣且普適性有限。
中山大學顧林、吳青蕓團隊提出“配位動態拓撲編輯”策略，利用天然漆酚與金屬離子的動態配位網絡，通過簡單調控沉積順序，即可在同一基底上可逆重構表面微納形貌，實現疏水界面在低粘附超疏水與高粘附類玫瑰花瓣疏水之間的按需切換。該策略無需外源試劑、無需復雜預結構、適用于多種基底，從源頭上實現了表面形貌與功能的“內在可編程性”。
圍繞這一核心機制，團隊完成了一套從基礎構建到應用拓展的完整工作：首先建立了高粘附超疏水通用涂層的簡易制備方法；進而實現了粘附力的可逆切換與多功能集成（液滴無損轉移、可視化微反應器、抗菌、止血、油水分離）；最后將機制拓展至光熱膜蒸餾，系統建立了結構-潤濕性-性能關系模型，為智能界面的理性設計提供了可遵循的設計原則。
相關工作發表在Progress in Organic Coatings、Journal of Colloid and Interface Science和Chemical Engineering Journal上。
圖 1. 具有疏水轉換功能的仿生涂層。（a）玫瑰花瓣和荷葉結構的示意圖。圖中插圖展示了仿生涂層的水接觸角變化情況，表明其具有半疏水-超疏水的轉換特性。（b）漆樹的示意圖以及通過漆酚-Fe3+配位網絡制備非織造布基涂層的工藝流程。該涂層的應用領域包括（c）油水分離、（d）液滴轉移、（e）微反應器以及（f）抗菌和止血方面。
在自然界中，荷葉與玫瑰花瓣為我們展示了兩種截然不同的疏水界面：荷葉表面因微納復合結構而具有極低的液滴粘附力，水滴可輕易滾落帶走污物，這就是著名的“荷葉效應”；玫瑰花瓣雖同樣疏水，卻因微米級結構而對水滴表現出極強的粘附力，水滴可倒掛而不掉落，被稱為“玫瑰花瓣效應”。兩種狀態各有其用：低粘附適用于自清潔、抗污染、防結冰；高粘附則適用于液滴抓取、無損轉移、微量樣品分析。
然而，現實世界的應用場景往往對同一界面提出相互矛盾的需求。一個智能的超疏水界面可能需要先“抓取”液滴進行檢測（需要高粘附），隨后“釋放”并轉移（需要低粘附）；或者先通過金屬離子釋放實現抗菌（金屬終端層暴露），再切換為低粘附狀態以防止細菌黏附（低表面能烷基鏈終端）。如何讓同一表面在兩種潤濕狀態之間按需、可逆地切換，一直是智能界面材料領域的核心難題。
傳統策略雖已實現一定程度的調控，但往往依賴復雜預結構設計、苛刻加工條件或外源化學試劑，且表面化學與微結構通常呈“靜態、不可逆耦合”，難以實現真正的動態切換。即便部分研究實現了狀態切換，也往往需要外部刺激（如光、熱、電、pH）或引入外源功能分子，操作繁瑣且普適性有限。
針對這一挑戰，中山大學顧林、吳青蕓團隊提出了一種全新的“配位動態拓撲編輯”策略。他們利用天然漆酚（源自漆樹的多酚類化合物）與金屬離子（如Fe3+）的動態配位網絡，通過簡單調控層層組裝中的末端沉積層，即可在同一基底上可逆重構表面微納形貌，從而實現疏水界面在低粘附超疏水與高粘附類玫瑰花瓣疏水之間的按需切換。該策略無需外源試劑、無需復雜預結構、適用于多種基底，從源頭上實現了表面形貌與功能的“內在可編程性”。
研究背景：從靜態高粘附涂層到動態可切換界面
團隊的前期工作已建立了一種簡易的一步浸沒法，利用漆酚與APTES的共聚反應在各種基底（濾紙、織物、海綿等）上構建高粘附超疏水涂層。該涂層通過多層亞微米球堆疊形成分級結構，水接觸角>150°，粘附力高達142.7 μN，可實現液滴無損轉移、快速止血和高效油水分離（分離效率>98%）。然而，這種涂層一旦制備完成，粘附力即固定不變，難以適應需要動態切換功能的復雜應用場景。
為此，團隊將策略升級為層層組裝，核心創新在于發現：僅通過改變末端沉積層，即可在同一基底上可逆重構表面微納形貌。
核心機制：配位動態拓撲編輯實現可逆切換
團隊發現，當Fe3+作為末端沉積層時，漆酚-Fe3+配位網絡會形成納米級顆粒，與基底原有的微米級纖維構成微-納復合結構；而當漆酚作為末端層時，這些納米顆粒被重新包裹，表面恢復為微米級粗糙結構。
圖 2. 原始和改性非織造布的表面形態及化學成分。（a）織物、（b）織物（Fe）-鐵、（c）織物（Fe）-漆酚的照片及場發射掃描電子顯微鏡圖像。
這兩種結構對應著截然不同的潤濕行為：
Fe3+終端：微-納復合結構形成穩定的 Cassie-Baxter 狀態，水接觸角 156°，粘附力僅 95.7 μN，水滴可輕易滾落
漆酚終端：微米級粗糙結構處于雜化潤濕狀態，水接觸角 158°，粘附力高達 129.6 μN，水滴倒掛不掉落
圖 3. 原始和改性非織造布的表面潤濕性。（a）在 Fabric、Fabric(Fe)-Fe 和 Fabric(Fe)-Ur 上測量的水接觸角和滾動角度。數據以平均值±標準差的形式呈現，n = 3。（b）不同改性基底表面（濾紙、非織造布、鋼網和 PVDF 膜）上不同液滴（焦油、水、牛奶和咖啡）的照片。（c） Fabric(Fe)-Fe 和 Fabric(Fe)-Ur 上水滴動態變化的照片。（d）水滴接觸非織造布（Fabric(Fe)-Fe 和 Fabric(Fe)-Ur）前后的力-距離曲線，圖中插圖顯示了相應位置水滴形狀的光學圖像。（e）改性非織造布與水滴之間相互作用模型的示意圖。
更重要的是，這種切換是可逆的——在同一基底上，只需交替改變末端沉積層，就能在兩種狀態間反復切換。涂層表現出極端穩定性：經300次剝離、20次砂紙磨損、7天紫外照射、pH 1–13 環境后，疏水性能保持率 >95%。
多功能應用拓展
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液滴無損轉移：利用高粘附表面“抓取”液滴，再轉移到低粘附表面“釋放”，實現零損失傳輸
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可視化微反應器：在高粘附表面，液滴被牢牢固定，可實時觀察Fe3+ 與OH- 反應生成Fe(OH)3 的黃色膠體，或Cu2+ 生成Cu(OH)2 的藍色沉淀
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抗菌：Fe3+ 終端表面能持續釋放金屬離子，抑制細菌黏附
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止血：Zn2+ 配位體系兼具促凝與低粘附特性，實現快速止血且凝血塊自脫離，避免二次損傷
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油水分離：分離效率>99.93% ，通量高達 11.7×104 L·m-2·h-1
這一步的核心創新在于：首次通過“配位動態拓撲編輯”實現了疏水界面粘附力的可逆切換，并驗證了機理來源于形貌與組成的可逆重構，為后續的應用深化提供了理論基礎。
應用深化：光熱膜蒸餾中的結構-性能關系
為進一步驗證該策略的普適性，團隊將其拓展至光熱膜蒸餾領域。團隊成員通過單變量控制（終端組分 + 基底初始孔隙率），系統構建了四種不同結構的表面：高孔隙/漆酚終端（H-Ur）、高孔隙/Fe3+終端（H-Fe）、低孔隙/漆酚終端（L-Ur）、低孔隙/Fe3+ 終端（L-Fe）。研究發現：高孔隙/Fe3+ 終端顯著增強光吸收，在 300–800 nm 核心光譜范圍內吸光率 >94.2%。低孔隙/漆酚終端則能減少界面熱阻，提升熱傳導效率。兩種結構在光熱膜蒸餾中扮演不同角色：前者負責“吸光”，后者負責“傳熱”。通過結構設計，二者可以實現協同優化。
在2個太陽光強下，優化后的膜實現了 2.70 kg·m-2·h-1的蒸餾通量和 91.2% 的光熱轉化效率。更重要的是，這項工作建立了結構-潤濕性-性能關系模型，揭示了不同結構對光熱轉化和熱傳導的差異化貢獻，為后續智能界面設計提供了可遵循的設計原則。
圖 4. 展示了在 PMD 工藝過程中，由漆酚金屬網絡形成的不同粗糙度的疏水表面對光吸收和熱傳遞所產生的影響的示意圖。
總結與展望
團隊圍繞“配位動態拓撲編輯”策略，完成了一套從基礎構建、到動態調控、再到理論建模的完整研究工作。
從現實意義看，這套體系提供了一系列切實可用的功能：微液滴無損轉移（適用于微量樣品分析）、可視化微反應器（適用于低物料消耗的化學實驗）、Zn2+ 增強止血材料（快速止血且凝血塊自脫離）、高效油水分離（效率 >99.93%）、光熱膜蒸餾（低能耗太陽能水凈化）。
從科學意義看，這項工作的核心貢獻在于：首次將動態配位化學引入表面拓撲調控，證明了僅靠改變同一套配位網絡的沉積順序，就能讓表面自己長出不同的結構，從而擁有不同的功能。這是一種更本質、更干凈的調控方式。在此基礎上建立的結構-潤濕性-性能關系模型，為智能界面材料的設計提供了可遵循的設計原則，有望在微流控、生物醫學、能源轉化等領域產生更廣泛的影響。
【相關工作】
[1]X. Yu, Q.-Y. Wu, L. Gu, A green, one-step and general engineering platform for high-adhesion superhydrophobic surfaces, Prog. Org. Coat. 183 (2023) 107805. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107805.
[2]X. Yu, J.-W. Zhu, Q.-Y. Wu, R.-Q. Xie, L. Gu, Coordination-dynamic urushiol-metal topographies enable on-demand switching between parahydrophobic and superhydrophobic states for multifunctional interfaces, J. Colloid Interface Sci. 716 (2026) 140343. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.140343.
[3]X. Yu, J.-W. Zhu, L. Gu, Q.-Y. Wu, Synergistic micro-nano composite and micron hierarchical structures enable hybrid wetting-state regulation for enhanced photothermal membrane distillation, Chem. Eng. J. 528 (2026) 172368. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.172368.
