纤维素纤维纺织品因其可加工性、可生物降解性和优异的柔韧性在日常生活中无处不在。将纤维素纺织品与功能性涂层材料相结合，可以释放其潜在的功能，以参与各种应用。金属有机框架(MOFs)由于其独特的优点，如大的比表面积、可调节的孔径和物种多样性，是这种集成的理想候选材料。然而，实现具有高机械耐久性的MOFs纺织品的可扩展制造仍然具有挑战性。在此背景下，南洋理工大学，苏州大学和新加坡国立大学的魏磊，李战雄和Swee Ching Tan教授课题组在《Nature Communications》上发表了题为“Scalable multifunctional MOFs-textiles via diazonium chemistry”的研究论文。在这项工作中，作者报道了一种通过重氮化学法接枝棉纤维直接实现MOFs原位生长的简单且可扩展的策略。制备的ZIF-67棉织物(ZIF-67-CT)具有优异的抗紫外线性能，并可通过过氧单硫酸盐活化有效降解有机污染物。ZIF-67-CT还用于包封香芹酚等精油，以增强对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性。此外，通过将疏水分子层直接附着在MOF涂层表面，ZIF-67-CT具有优异的自清洁、防污和油水分离性能。更重要的是，该策略具有通用性，可适用于其它MOFs和纤维素纤维基材料，可以成功制造出各种大规模多功能MOFs纺织品，在废水净化、香料工业、户外用品等领域具有广泛的应用前景。
图2: 超疏水性ZIF-67-CT的多功能性能及CT、ZIF-67-CT和ZIF-67-CT/Carvacrol的抗菌活性。
图4：ZIF-67-CT的规模化生产。(a) 原位生长ZIF-67-CT的制备工艺流程。(b) ZIF-67-CT的制作过程图。(c) 大尺寸ZIF-67-CT (30 m × 0.25 m)的展示照片。
在这项工作中，作者开发了一种简单、低能耗、通用的技术，通过重氮化学羧基化改性在纤维素纤维上原位生长MOFs，成功制备了规模化的多功能MOF纺织品。与现有的涂层方法不同，该MOF涂层是通过用羧基聚合物刷将金属离子直接结合到羧甲基化纤维上，从而形成MOF晶体生长的成核位点来锚定的。由于纤维表面的ZIF-67涂层，ZIF-67-CT具有优异的抗紫外线性能和通过PMS活化降解有机污染物的能力。ZIF-67-CT还用于精油(如香芹酚)的包封，ZIF-67-CT/ carvacrol对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌具有较好的抗菌活性，这可能是由于钴离子与香芹酚的协同杀菌作用，尤其是香芹酚的释放。此外，通过在MOF涂层表面直接固定疏水分子层制备了超疏水织物ZIF-67-CT，具有优异的自清洁、防污和油水分离性能。除了ZIF-67 MOF和棉织物外，作者开发的策略还适用于其它MOF (例如ZIF-8, UiO-66-NH2和MOF-303)和纤维素纤维基材料(例如亚麻和纸)。这一总体策略具有高度可扩展性，并显示出大规模生产多功能MOF基纺织品的巨大潜力，这些纺织品用于废水净化分离膜、香料工业和户外产品。
相关成果以题为Scalable multifunctional MOFs-textiles via diazonium chemistry的论文发表在Nature Communications上。其中论文的第一作者为李武龙博士，通讯作者为南洋理工大学魏磊教授，苏州大学李战雄教授和新加坡国立大学的Swee Ching Tan教授。该工作得到了国家自然科学基金（No. 51673137），中国国家留学基金委 （CSC, 202106920042），新加坡教育部学术研究基金，A*STAR和IDMxS等项目的支持。
Li, W., Yu, Z., Zhang, Y. et al. Scalable multifunctional MOFs-textiles via diazonium chemistry. Nat Commun 15, 5297 (2024).
https://doi.org/10.1038/s41467-024-49636-9
