1. 新型抗菌功能材料的合成

包括细菌、病毒在内的有害微生物防治是目前各国科学家们高度关注的课题，开发新型的抗菌材料是有效解决问题的重要途径之一。其中，具有抗菌功能的聚合物可用于多种用途的基材表面，如：防腐、杀菌剂、水净化和食品储存等。本课题组开展了如下研究：

首先，以季磷盐离子液体(QPSIL)和β-环糊精(β-CD)为原料，通过Steglich酯化和可逆加成-断裂链转移聚合(RAFT)合成了双臂抗菌聚合物(CD-QPS)（Scheme 1）。评价了其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性，讨论了其抗菌机制，考察了水果的长期抗菌效果并测试了其细胞毒性。发现CD-QPS对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出优异的抗菌活性，有望作为新一代抗菌剂具有很大的潜力。该成果以论文“Poly(phosphonium)-Functionalized Double-Armed β‑CD Antimicrobial Material via RAFT”发表在Macromolecules, 2023, 56: 9498−9508（化学1区，IF：5.5）；孙祥斌和曹芃为共同第一作者（博士研究生）。另一篇论文“Nano-assemblies of phosphonium-functionalized diblock copolymers with fabulous antibacterial properties and relationships of structure-activity”发表在Journal of Materials Chemistry B, 2022, 10(44): 9202-9215.（工程2区，IF：7）；第一作者为曹芃（博士研究生）。

Scheme 1

其次，采用浸渍UV光引发聚合法制备了由两性单体、阴离子单体和季铵盐阳离子单体组成的多功能两性离子抗菌水凝胶涂层(PZG)（Scheme 2）。评价了PZG对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌的抗菌活性、并考察了PZG的力学性能、自粘附性能和自修复性能。发现PZGs中存在静电相互作用、偶极-偶极相互作用、氢键和共价键，使涂层具有优异的力学性能、自粘附性能和自修复性能。此外，其对大肠杆菌和金黄色葡萄球菌表现出显著的抑菌活性。因此，PZG是一种具有良好自粘自愈功能的抗菌水凝胶涂层，在生物材料和医学领域具有潜在的应用价值。该成果以论文“Highly Adhesive and Self-Healing Zwitterionic Hydrogels as Antibacterial Coatings for Medical Devices”发表在Langmuir, 2024, 40, 125−132（化学2区，IF：3.9）；刘晓晴和孙祥斌为共同第一作者（博士研究生）。另一篇论文“Tri-cationic copolymer hydrogels with adjustable adhesion and antibacterial properties for flexible wearable sensors”发表在Journal Materials Chemistry C, 2023, 11: 6451-6458（材料科学2区，IF：6.4）；孙祥斌和刘晓晴为共同第一作者（博士研究生）。“N-halamine terpolymer antibacterial nanohemisphere with amphiphilic and rigid-flexible groups”发表在European Polymer Journal, 2023, 200: 112535（化学2区，IF：6.0）（Scheme 3）；李军和黄鹏为共同第一作者（硕士研究生）

Scheme 2                                                                                          Scheme 3

第三，以海藻酸钠(SA)作为构型诱导剂，丙烯酸噻唑为功能单体，2-甲基咪唑为有机配体，Zn²⁺和Co²⁺为金属盐，成功合成了一种以聚噻唑为尾翼的双金属MOF自驱动微马达(SPM)用于高效“猎菌”（Scheme 4）。发现合成的SPM移动速度为238.6 μm–s⁻¹，具有良好的抗菌活性；在流动水中，90%以上的细菌被猎杀。制备的SPM被用作抑制细菌感染和繁殖的新型的驱动细菌捕猎材料，有望为其在抗菌、消毒和微型器件领域的应用创造巨大的可能性。该成果以论文“Construction of Self-propelled Micromotor for “hunting bacteria”发表在Biomaterials Science, 2023, 11: 6775-6780（医学3区，IF：6.6）；张亚苹为第一作者（博士研究生）。另一篇论文“Construction of hexagonal spindle‑shaped Fe‑MOFs induced by cationic copolymer and its application for effective wastewater treatment”发表在Environmental Science and Pollution Research, 2023, 30: 80279–80292（环境科学与生态学3区，IF：5.8）；张亚苹为第一作者（博士研究生）。

Scheme 4

2. 新型农用材料的合成

以天然廉价的黄土（LoPs）为原料，采用碱/酸激发法制备多孔黄土基地质聚合物（LoGP），进一步以LoGP作为农业肥料载体，以功能高分子和废弃生物质为凝胶包膜材料，将尿素进行包封，合成了一种廉价环保的可稳固边坡的地质聚合物复合凝胶缓释材料（WS-Po/PGs）（Scheme 5）。发现其具有溶胀、保水性能、土壤酸碱性调节性能和边坡防护性能；对氮肥具有较好的缓释效果，而且对植物具有促进生长作用。因此可推广应用于农业肥料缓释和边坡防护中。成果论文“Wheat straw fibre based semi-IPN composite: Preparation and evaluation as a matrix for water and fertilizer release and in slope reinforcement”发表在Sustainable Chemistry and Pharmacy, 2023, 36: 101250（化学2区，IF：6.0）；杨花为第一作者（硕士研究生）。另一篇论文“Fabrication of stalk fiber/geopolymers-based slow-release fertilizer with agricultural waste and loess for promoting plant growth”发表在Journal of Environmental Chemical Engineering, 2023, 11: 109481（工程技术2区，IF：7.7）；杨花和戴锋利为共同第一作者（硕士研究生）。还有一篇“Waste feather keratin composited geopolymer hydrogels for improving plant water retention and N nutrients utilization”发表在Colloids and Surfaces A, 2024, 682: 132925（化学2区，IF：5.2）；张峰为第一作者（硕士研究生）。

Scheme 5

3. 催化降解水中有机污染物材料的合成

首先，充分利用MOFs材料中UiO66具有高比表面积、大孔隙率、高热稳定性、化学稳定性、优异的水中结构稳定性和显着的强酸性、中等碱度的耐受性等特点，通过简单的水热反应构筑了一种高光催化活性的杂合体异质结材料，为医疗废水的光催化处理提供了一种新思路。通过将UiO66分散到SnSPs的前驱体溶液中，在水热反应过程中经过静电诱导自组装构建杂合体异质结材料（Scheme 6）。将其应用于医疗废水抗生素的降解，探讨了SnSPs@UiO66杂合体的光降解机理。发现所制备的光催化材料不但具有高的催化活性，而且可循环使用。成果以论文“Constructing nano-heterojunction of MOFs with crystal regrowth for efficient degradation of tetracycline under visible light发表在Journal of Alloys and Compounds, 2022, 904, 164061（材料科学2区；IF：6.2）；曹培宇（硕士研究生）和张亚苹（博士研究生）为共同第一作者。另一篇“Construction of UiO-66@Flower-like MoS₂ hybrids through electrostatically induced self-assembly with enhanced photodegradation activity towards Lomefloxacin Chemosphere”发表在Separation and Purification Technology, 2021, 265: 118486（工程I区，IF：7.312）；高娣（硕士研究生）和张亚苹（博士研究生）为共同第一作者。

Scheme 6

其次，采用原位溶剂热法成功合成了一种纤维无机纳米复合材料MnOOH-羟基磷灰石纳米线(MnO-HApNWs)（Scheme 8）。并将其应用于抗生素的降解，在提升降解率的同时，还提高了材料的循环稳定性。基于纳米结构表征、关键参数影响、活性物质测定和降解中间体分析，研究了催化降解的机理和降解途径。发现MnO-HApNWs的高比表面积和孔径有利于TC吸附在其表面，并通过生成活性氧催化降解。所制备的新型纤维无机纳米复合材料(MnO-HApNWs)具有优异的催化性能，在废水污染物去除方面具有广阔的应用前景。成果以论文“Synthesis of MnOOH-hydroxyapatite nanowires for degradation of tetracycline”发表在Journal of Environmental Chemical Engineering, 2023,11: 111577（工程技术2区，IF：7.7）；赵胜兰和周梅玲为共同第一作者（硕士研究生）。另一篇“Construction of CoMOF@HAnW Moniliform-like Heterojunction for Effective Catalytic Degradation of Organics”发表在ACS Applied Nano Materials, 2021, 4(9): 9370-9381（工程2区，IF：6.140）（Scheme 9）；李伯珍为第一作者（硕士研究生）。

Scheme 8

Scheme 9