浙大《AFM》：绿色简便方法，制备多功能MOF-纤维复合材料！

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纤维素是一种线性多糖，是地球上含量最丰富的聚合物。天然纤维素纤维可以从棉花、亚麻和木材中获得，这些都是可生物降解的、生物相容的和经济的产品。然而，它们的实际应用仍然存在一些挑战，如机械性能较低，孔隙率较低，抗微生物能力较差。传统的方法，包括物理吸附和化学表面改性，已经被用来赋予纤维素材料功能性。天然纤维素纤维基材料以其易得、环保、加工性能好、物理力学性能优异等优点，在日常生活中得到了广泛的应用。利用纳米结构对天然纤维进行表面改性是一种将具有多种良好功能的纺织基材集成在一起的有效策略。

 

来自浙江大学的学者介绍了一种绿色、简便、通用的方法在纤维素纤维基材料(γ-MOFs)中原位生长纤维素-环糊精(γ-CD)金属有机骨架(MOFs)。与原始纤维相比，合成的CelluMOF孔隙率高，比表面积大50倍，负载功能分子(精油、抗菌剂和活性药物)的能力增强，负载量增加23-36倍。CelluMOF还表现出对挥发性有机物和二氧化碳的高吸附能力。此外，以模型药物(阿霉素)为载体的CelluMOFs纺织品具有稳定的释药性能和较深的皮肤渗透能力。这些CelluMOF结合了纤维素纤维和CD-MOF的优点，极大地扩展了它们在香料工业、抗菌、污染物去除和生物医学纺织品中的应用。相关文章以“Cellu MOFs: Green, Facile, and Flexible Metal-Organic Frameworks for Versatile Applications”标题发表在Advanced Functional Materials。

 

论文链接：

https://doi.org/10.1002/adfm.202105395

图1.纤维素纤维上原位生长的γ-CD-MOF的制备工艺和结构表征。A)γ-CD-MOF在纤维素纤维上原位生长示意图。B)扫描电镜图像。C)EDX元素映射。D)XRD图谱。E)N₂在77K下的吸附−脱附等温线。

 

图2.棉纤维合成纤维素MOF的专一性和可控性。A)γ-CD-MOF生长在棉花纤维素上，但不生长在丝绸或羧甲基纤维素上。B)扫描电镜图像和c)γ-CD-MOF涂层纤维素纤维在甲醇中加入后不同孵化时间的粒度分布。D)热失重曲线。

 

图3.在不同纤维素纤维上原位生长γ-CD-MOF制成的具有代表性的纤维素MOF。原料照片和由a)织物、b)亚麻布和c)薄纸制成的纤维素MOF的扫描电镜图像。d)不同CelluMOF纤维和相应的原始纤维的BET曲线。

 

图4。纤维素MOF对精油的包封性和释放性能。A)CelluMOFs香料持续释放方案。B)测试芳香分子的分子结构。(C)CelluMOFs对(B)中各种芳香分子的包埋能力。D)乙酸丁酯(BA)纤维素MOFs的代表性释放制剂。

 

图5.棉织物中提取的CelluMOFs对VOCs和CO₂的吸附能力。A)用于空气净化和污染物去除的CelluMOF示意图。B)纤维素MOF和未经处理的棉花对苯乙烯、苯胺和苯甲醛的饱和VOC吸收。C)纤维素MOF和未经处理的织物对苯乙烯的吸收率随时间变化。D)连续再生循环后CelluMOFs对苯乙烯蒸气的吸收。E)293K和1大气压下的甲醛吸附曲线。F)在CO₂暴露5分钟前后加入甲基红的活化CelluMOFs的照片。插图显示放大的图像。

 

图6。作为抗菌生长和经皮给药功能垫的纤维素MOFs的生物医学应用。A)CelluMOFs棉织物的抗菌性能和透皮给药示意图。B)金黄色葡萄球菌抑制试验区域(1：棉花，2：棉花/CAR，3：CelluMOFs/CAR)。C)金黄色葡萄球菌与棉织物和CelluMOFs/CAR孵育后的扫描电镜图像。D)荧光显微镜、光学显微镜和CelluMOFs的叠加图像。(E)相应的荧光图像和F)DOX粉剂和CelluMOFs粉剂在3和12h后对DOX渗透深度的荧光强度曲线。

 

在本工作中，本文首先报道了一种绿色、简便、通用的方法，通过在纤维素纤维材料上原位生长γ-CD-MOF，制备了一种MOF-纤维复合材料(CelluMOF)。通过使用不同的纤维素纤维基材(棉织物、亚麻布和纤维纸)，证明了该方法的普适性。CelluMOF表面覆盖着致密的立方体纳米γ-Cd-MOF晶体。CelluMOFs结合了MOF材料和纤维材料的优点，具有较大的比表面积、多孔结构、灵活性和易加工性。本文展示了CelluMOFs在香水工业、空气净化、环境保护和药物输送方面的广泛应用。因此，本文相信这些CelluMOF在日常生活中有很大的应用潜力。（文：SSC ）