DOI: 10.1021/acsanm.0c01619

本研究开发了一种能够阻止颗粒物（PM）并监测呼吸情况的纳米纤维膜。该膜以聚丙烯腈（PAN）纳米纤维为原料，通过静电纺丝制备而成。通过两步水热反应，在纳米纤维上直接合成了导电金属有机骨架（MOF）。两种膜对细小粉尘颗粒的过滤效率相似（>99％），但是混合膜可以更有效地过滤含来自燃烧气体的油滴的熏香烟雾，因为油滴在MOF生长的纳米纤维上比在PAN纳米纤维上更润湿。此外，在潮湿的气流（即，呼吸流）中，混合膜的电阻随流速而变化，表明其适用于呼吸监测。

图1.（a）通过两步水热反应生长Ni-CAT-1前的PAN-MH中的纳米纤维的SEM图像，（b）通过两步水热反应生长Ni-CAT-1后的PAN-MH中的纳米纤维的SEM图像，（c）通过单步水热反应生长Ni-CAT-1（无种子生长过程）后的PAN-MH中的纳米纤维的SEM图像，以及（d）通过两步水热反应生长Ni-CAT-1后的PAN-M中的纳米纤维的SEM图像。

图2.（a）PAN-MH1.2、（b）PAN-MH3和（c）PAN-MH6的SEM图像。插图是每个膜的低倍放大SEM图像。（d）PAN-MH1.2（蓝色三角形）、PAN-MH3（红色圆圈）和PAN-MH6（黑色正方形）的电流-电压（IV）特性。（e）PAN-MH1.2（蓝色）、PAN-MH3（红色）、PAN-MH6（黑色）和Ni-CAT-1粉末（洋红色）的XRD图谱。（f）PAN-MH1.2（蓝色）、PAN-MH3（红色）、PAN-MH6（黑色）和PAN-MH（绿色）的FT-IR光谱。

图3.PAN-M（蓝色）、PAN-MH3（绿色）和PAN-MH6（橙色）的压降与空气流速的函数关系。

图4.在（a）细粉尘和（b）熏香烟雾中，PAN-M和PAN-MH3对PM2.5（红色）和PM10-2.5（灰色）的过滤效率。捕获细粉尘5分钟后的（c）PAN-M和（d）PAN-MH3以及捕获熏香烟雾5分钟后的（e）PAN-M和（f）PAN-MH3的SEM图像。熏香烟雾捕获之前（红色）和之后（黑色）的PAN-MH3的XRD图谱（g）和FT-IR光谱图（h）。

图5.（a）PAN-MH3的电阻（黑色）和室内相对湿度（蓝色）随时间的变化。（b）PAN-MH3循环暴露于100％RH 2s后，其电阻随时间的变化。

图6.（a）附加PAN-MH3口罩的照片。插图显示研究员配戴口罩的照片。（b）呼吸过程中电阻的实时变化。