DOI:10.1039/D0TA06886A

由纳米纤维组装而成的二维（2D）网络在个人防护和环境治理领域颇具吸引力，但由于结构控制和性能不足而受到限制。在本文中，研究者报告了一种基于共混静电纺丝/织网技术的简便方法，用于制备具有纳米级纤维直径（约27nm）、二维稳定蜘蛛网状结构和仿贻贝湿胶表面的杂化生物启发性纳米纤维网络过滤器。通过控制仿贻贝粘合分子来控制泰勒锥喷射的带电液滴的形成和相分离，从而大规模产生仿生纳米纤维网。所制备的过滤器显示出显著的纳米结构特性：小孔径（约0.28μm）、高比表面积、增强的表面附着力和润湿性，在空气过滤（在大于90％的湿度和约0.13％的大气压力下，PM0.3过滤效率高于99.99％）和水净化（效率高于99.9％，重力驱动通量为453 L m-2 h-1）中具有明显的优势。这项工作为不同应用提供了新型高性能纳米纤维过滤器。

图1.（a）光学图像显示了天然蜘蛛网，及其超细丝捕获的水滴和微小颗粒。（b）贻贝的照片和含有特征性胺基和邻苯二酚基团的紫贻贝足蛋白5的简化分子模型。（c）仿生PAN/PDA纳米纤维网过滤器的微观结构。（d）示意图显示了基于共混静电纺丝/织网工艺和自聚合制备的仿生纳米纤维网过滤器。（e）PAN/PDA纳米纤维和纳米纤维网之间的孔径分布比较。示意图说明了（f）纳米纤维网过滤器的筛分和粘附能力，以及（g）空气过滤和水净化应用。

图2.（a）珠状纳米纤维，（b）纳米纤维/薄膜，（c）蜘蛛网状纳米纤维网和（d）由含不同DA浓度的PAN溶液获得的有缺陷的纳米纤维网的SEM图像。（e）基于库仑排斥力（Fe）和静水压力（Fγ）之间的竞争关系，显示泰勒锥的液滴/喷射形成模型的示意图。（f）含不同DA浓度的PAN溶液的理论射流和液滴阈值以及测试的电荷质量比。（g）由含不同DA浓度的溶液制备的膜中的膜或纳米网的覆盖率。（h）由含4wt％DA的溶液制备的PAN/PDA纳米纤维网的SEM图像。（i）PAN/DA和PAN/PDA纳米纤维网的纤维直径和孔径。（j）PAN纳米纤维和PAN/PDA纳米纤维网的FT-IR光谱。

图3.（a）由含不同DA浓度的PAN溶液获得的纳米纤维膜的孔隙分布，（b）孔隙率和堆积密度以及（c）BET表面积。（d）涂有PDA的纳米网和支架纳米纤维的SEM图像。（e）PDA分子模型和计算出的重复单元的偶极矩。（f）PAN纳米纤维、PAN纳米纤维网和PAN/PDA纳米纤维网的表面极性。（g）PM过滤后，PAN纳米纤维、PAN纳米纤维网和PAN/PDA纳米纤维网的SEM图像。（h）PAN/PDA纳米纤维网表面上的颗粒与官能团（邻苯二酚，胺和亚胺）之间可能发生化学相互作用的示意图。（i）PM阻隔以显示PAN/PDA纳米纤维网的湿粘附力。（j）PAN/PDA纳米纤维网的水渗透性。（k）由含不同DA浓度的PAN溶液制备的纳米纤维的拉伸应变曲线。

图4.（a）各种基重的PAN/PDA纳米纤维网过滤器的过滤效率和压降，以及（b）品质因数。（c）示意图显示了空气分子在纳米网上的滑动效应机理。（d）纳米纤维网过滤器对不同尺寸和不同RH水平的PM的过滤性能。（e）纳米纤维网过滤器在90％湿度下的长期过滤稳定性。（f）在RH为90％的情况下，纳米纤维网过滤器的快速回收性能，可将PM2.5从约500去除至约35μg m-3。（g）PAN/PDA纳米纤维网过滤器和其他过滤材料之间PM2.5去除率的比较。（h）不同厚度的PAN/PDA纳米纤维网过滤器的排斥效率和渗透通量。（i）在5kPa的驱动力下纳米纤维网过滤器的循环分离性能。