杨鹏教授课题组：用于织物防污的可持续聚合物涂层

shuangjiang

2023年5月8日，我校化学化工学院杨鹏教授课题组“生物表界面与智能大分子研究团队”在《Nature Sustainability》《自然·可持续发展》杂志上在线发表了以“Sustainable polymer coating for stainproof fabrics”（用于织物防污的可持续聚合物涂层）为题的研究文章。我校为唯一通讯单位，2022级硕博连读研究生伏成玉同学为第一作者，杨鹏教授为唯一通讯作者。特别指出的是，我校化学化工学院笃学2001班本科生南松培参与了此项工作，并做出了重要贡献。                                       
        在日常生活和工业生产中的表面活性剂大量使用致使全球可持续性发展不断受到挑战。在表面活性剂的众多应用中，家用洗涤剂（例如洗衣和厨具洗涤剂）占全球表面活性剂市场的 40% 以上。近二十年来，中国合成洗涤剂产量以每年36万吨的速度增长，从2001年的348万吨增加到2021年的1077万吨。由于洗涤剂的使用量不断增加，使得处理含表面活性剂的废水成为越来越大的负担。 例如，2017 年的废水处理消耗了美国生产的所有电力的4%。据估计，未来 15 年，发达国家废水处理所需的电力将增加 20%，这将显着增加 CO2 排放和能源消耗。此外，在经济欠发达地区，家用洗涤剂未经预处理直接排放到生态环境中，导致生态系统中表面活性剂长期积累。这种表面活性剂的入侵对水生生物、植物、动物和人类均有显着的不利影响。

        在可持续发展为导向的创新指引下，实现最大限度地减少洗涤剂在纺织品中的使用正受到越来越多的关注。基于此杨鹏课题组首次报道了一种“随意涂”(Coating -At-Will, CAW)的概念。该概念打破传统洗涤方式，通过简单的水洗就可以达到对织物表面油污渍清洗的效果。对比现有织物表面改性技术，CAW概念的精髓在于通过随时随地的轻松浸涂、喷涂，抗污涂层可迅速在织物表面稳定再生，从而解决了传统改性织物在反复洗涤后涂层脱落的问题（涂层可无限次再生）。该概念的基础是利用到类淀粉样蛋白的快速溶解性、稳定粘附性和生物相容性。CAW概念的典型实施过程为蛋白质与两性离子聚合物偶联物在水中快速溶解，并与还原剂反应而触发类淀粉样转变，进一步通过浸涂、喷涂等方法在织物表面快速形成厚度为14 nm的纳米薄膜（PTL-pSBMA）。该纳米薄膜具有优异的无色透明性（透过率~100%）和生物安全性，不会影响织物的穿着舒适性和美观度。由于纳米薄膜具有优异的水下超疏油性，无需洗涤剂即可用水清除织物表面的油污渍。与传统洗涤剂相比，该策略可减少40%~50%水和电能的消耗，减少50% 以上碳排放量。该策略具有高性价比和低用量，因此具有极大的商业潜力，有望针对目前主流织物洗涤清洁方案产生变革性推动作用。这类功能性涂层的再生设计CAW概念有望进一步拓展到其他体系，从而极大推动社会、经济和环境的绿色可持续发展。
        Nature Sustainability杂志是交叉学科领域国际著名的TOP期刊，属于Nature大子刊，影响因子27.157。它旨在推动环境科学、工程、材料、绿色化学、清洁能源和其他相关领域多学科交叉，从自然、社会和工程领域广泛发表关于可持续发展的重要原创研究。
        论文连接：https://www.nature.com/articles/s41893-023-01121-9
论文DOI：10.1038/s41893-023-01121-9
         特别致谢：感谢地理科学与旅游学院刘宪锋老师和不列颠哥伦比亚大学屠清石老师对本工作生命周期分析的指导和修订。感谢任浩老师、高爱婷老师和陶菲老师对课题的指导和帮助。


          团队简介：
          杨鹏，教授，博士生导师，中国化学会高级会员，英国皇家化学会会士。研究成果获2021年度陕西高等学校科学技术奖一等奖（1/5）和2022年度教育部自然科学二等奖（1/4）。2019年入选国家级人才计划-科技创新领军人才。2020年入选西安市高层次人才—国家级领军人才。2022年入选西咸新区首批“秦创原创新人才计划”战略科技人才。2022年获得国家自然科学基金委杰出青年基金资助。
          主要从事类淀粉样蛋白质组装及表界面改性的研究。目前研究成果已经在Chem. Rev. (1)、Acc. Chem. Res. (1)、Nature Sustain. (1)、Adv. Mater. (9)、Nature Commun. (2)、J. Am. Chem. Soc. (1)、Angew. Chem. Int. Ed. (4)、ACS Cent. Sci. (1)、ACS Nano (1)、Nano Lett (1)、Adv. Funct. Mater. (2) 、Adv. Sci. (1) 等国际知名学术期刊发表论文100余篇，他引3000余次。申请中国发明专利50件，授权30件。已转化专利3项。
        
         文章来源：陕西师范大学
         杨鹏，陕西师范大学教授。2006年北京化工大学高分子化学与物理博士毕业，师从杨万泰院士。之后赴德国马普研究所胶体与界面部、美国杜克大学和日本东京大学做博士后研究。2012年7月开始在陕西师范大学工作，先后主持和完成国家自然科学基金委项目4项。主要从事类淀粉样蛋白质组装及表界面改性的研究。