原位合成的导电聚合物促进金属-有机骨架（MOFs）在纤维素纤维上的原位生长和锚定

The novel MOF@CFs hybrid material formed by compounding cellulose fibers (CFs) with metal-organic frameworks (MOFs) combined both the inherent characteristics of CFs and the special functions of MOFs has wide development value and application prospect. However, the efficient deposition of MOFs onto CFs is still a great challenge for the development of this novel material. In this project, we propose a new strategy to promote the in situ growth and anchorage of MOFs onto CFs by in situ synthesized conductive polymers as mediator in order to achieve the efficient loading and interfacial bonding of MOFs onto CFs. The promoting effect of conducting polymers on the in situ growth and anchorage of MOFs onto CFs will be confirmed, the significance of organic ligand deprotonation and conductive polymer doping will be clarified, the topochemistry and kinetics behavior of the in situ growth and anchorage of MOFs onto the conductive polymer pre-modified CFs, and the superiority and universality of this innovative method will be demonstrated. Finally, a simple, versatile and efficient platform for in situ growth and anchorage of MOFs onto CFs mediated by conductive polymers will be constructed. The research results can provide new method and new cognition for the development of MOF@CFs functional composites, and can also provide new enlightenment and reference for the efficient deposition of MOFs onto other substrates.

纤维素纤维（CFs）与金属–有机骨架（MOFs）复合所形成的MOF@CFs新杂化材料，因兼具CFs的固有属性和MOFs的特殊功能而具有广阔的开发价值和应用前景。然而，MOFs在CFs上的高效沉积仍是发展此新材料面临的一个巨大挑战。本项目提出以原位合成的导电聚合物为中介促进MOFs在CFs上原位生长和锚定的新策略，以期实现MOFs在CFs上的高效负载和界面结合。确证导电聚合物对MOFs在CFs上原位生长和锚定的促进作用，阐明有机配体的去质子化效应和导电聚合物的掺杂效应，揭示MOFs在导电聚合物预修饰的CFs上原位生长和锚定的区域化学和动力学行为，论证此新方法的优越性和普适性。最终构建一个基于导电聚合物介导的MOFs在CFs上简便、通用、高效的原位生长和锚定平台。研究成果可为MOF@CFs功能复合材料的开发提供新方法和新认知，也可为MOFs在其它基底材料上的高效沉积给予新启示和新借鉴。

金属-有机骨架（MOFs）颇具应用潜力，但其粉末状态限制了应用。纤维素纤维（CelF，包括纸浆纤维（PF）和棉纤维（CF））可作为MOFs的柔性基底。然而，在CelF上高效沉积MOFs仍面临巨大挑战。本项目提出了以导电聚合物（CPs，包括聚苯胺（PANI）和聚吡咯（PPy））为中介促进MOFs在CelF上原位生长和锚定的新策略，阐明了PANI和PPy掺杂/脱掺杂对MOFs原位生长和锚定的促进效应及其作用机制，表征了MOF@CelF的微观形貌、晶体结构、表面官能团和元素价态，考查了MOF@CelF的铜离子吸附和荧光检测、抗生素光催化降解和荧光检测、太阳能光热转换、摩擦纳米发电、荧光防伪和加密、有害光高效屏蔽等性能，揭示了MOF@CelF的构性关系，论证了方法的优越性和普适性。PANI、脱掺杂PANI（DPANI）和苯胺-间氨基苯甲酸共聚物（PANI-PMABA）介导层极大地促进了MIL-100(Fe)在PF上的原位生长和纳米化，磺基水杨酸（SSA）掺杂的PPy对ZIF-8和ZIF-67在PF上原位生长的促进作用优于PANI，甲基橙（MO）掺杂的PPy促进了ZIF-8在PF上原位生长的同时保持了杂化材料的导电性并赋予了其摩擦电正性，植酸（PA）掺杂的PANI和PPy显著促进了普鲁士蓝（PB）在CF上的原位生长。高原子量金属MOFs无需中介即可在PF上获得15%以上高负载。TEMPO氧化纤维素纳米纤丝（TOCNF）显著促进了MOFs的原位生长和纳米化，这为透明荧光杂化膜的制备奠定了基础。基于再生纤维素水凝胶（RCH）或羧甲基纤维素水凝胶（CRCH）孔道的“纳米限域”效应实现了MOFs的原位嵌入和均匀分布，这为透明有害光屏蔽生物塑料的制备奠定了基础。本项目的研究成果为MOF@CelF杂化材料的开发提供了新方法和新认知，也为MOFs在其他基底材料上的高效沉积给予了新启示和新借鉴。