DOI:10.1039/D0TA06886A
由納米纖維組裝而成的二維（2D）網絡在個人防護和環境治理領域頗具吸引力，但由于結構控制和性能不足而受到限制。在本文中，研究者報告了一種基于共混靜電紡絲/織網技術的簡便方法，用于制備具有納米級纖維直徑（約27nm）、二維穩定蜘蛛網狀結構和仿貽貝濕膠表面的雜化生物啟發性納米纖維網絡過濾器。通過控制仿貽貝粘合分子來控制泰勒錐噴射的帶電液滴的形成和相分離，從而大規模產生仿生納米纖維網。所制備的過濾器顯示出顯著的納米結構特性：小孔徑（約0.28μm）、高比表面積、增強的表面附著力和潤濕性，在空氣過濾（在大于90％的濕度和約0.13％的大氣壓力下，PM0.3過濾效率高于99.99％）和水凈化（效率高于99.9％，重力驅動通量為453 L m-2 h-1）中具有明顯的優勢。這項工作為不同應用提供了新型高性能納米纖維過濾器。
圖1.（a）光學圖像顯示了天然蜘蛛網，及其超細絲捕獲的水滴和微小顆粒。（b）貽貝的照片和含有特征性胺基和鄰苯二酚基團的紫貽貝足蛋白5的簡化分子模型。（c）仿生PAN/PDA納米纖維網過濾器的微觀結構。（d）示意圖顯示了基于共混靜電紡絲/織網工藝和自聚合制備的仿生納米纖維網過濾器。（e）PAN/PDA納米纖維和納米纖維網之間的孔徑分布比較。示意圖說明了（f）納米纖維網過濾器的篩分和粘附能力，以及（g）空氣過濾和水凈化應用。
圖2.（a）珠狀納米纖維，（b）納米纖維/薄膜，（c）蜘蛛網狀納米纖維網和（d）由含不同DA濃度的PAN溶液獲得的有缺陷的納米纖維網的SEM圖像。（e）基于庫侖排斥力（Fe）和靜水壓力（Fγ）之間的競爭關系，顯示泰勒錐的液滴/噴射形成模型的示意圖。（f）含不同DA濃度的PAN溶液的理論射流和液滴閾值以及測試的電荷質量比。（g）由含不同DA濃度的溶液制備的膜中的膜或納米網的覆蓋率。（h）由含4wt％DA的溶液制備的PAN/PDA納米纖維網的SEM圖像。（i）PAN/DA和PAN/PDA納米纖維網的纖維直徑和孔徑。（j）PAN納米纖維和PAN/PDA納米纖維網的FT-IR光譜。
圖3.（a）由含不同DA濃度的PAN溶液獲得的納米纖維膜的孔隙分布，（b）孔隙率和堆積密度以及（c）BET表面積。（d）涂有PDA的納米網和支架納米纖維的SEM圖像。（e）PDA分子模型和計算出的重復單元的偶極矩。（f）PAN納米纖維、PAN納米纖維網和PAN/PDA納米纖維網的表面極性。（g）PM過濾后，PAN納米纖維、PAN納米纖維網和PAN/PDA納米纖維網的SEM圖像。（h）PAN/PDA納米纖維網表面上的顆粒與官能團（鄰苯二酚，胺和亞胺）之間可能發生化學相互作用的示意圖。（i）PM阻隔以顯示PAN/PDA納米纖維網的濕粘附力。（j）PAN/PDA納米纖維網的水滲透性。（k）由含不同DA濃度的PAN溶液制備的納米纖維的拉伸應變曲線。
圖4.（a）各種基重的PAN/PDA納米纖維網過濾器的過濾效率和壓降，以及（b）品質因數。（c）示意圖顯示了空氣分子在納米網上的滑動效應機理。（d）納米纖維網過濾器對不同尺寸和不同RH水平的PM的過濾性能。（e）納米纖維網過濾器在90％濕度下的長期過濾穩定性。（f）在RH為90％的情況下，納米纖維網過濾器的快速回收性能，可將PM2.5從約500去除至約35μg m-3。（g）PAN/PDA納米纖維網過濾器和其他過濾材料之間PM2.5去除率的比較。（h）不同厚度的PAN/PDA納米纖維網過濾器的排斥效率和滲透通量。（i）在5kPa的驅動力下納米纖維網過濾器的循環分離性能。
