将废弃的磷酸盐升级转化为CoP/FeCo?O?异质结构电极：通过原位磷物种转化实现闭环策略

本研究提出仿生梯度孔隙工程（BGPE）策略，通过多组分相分离电纺技术制备PLA-MOF元纤维材料。该材料具有高太阳能反射率（94.1%）和红外发射率（95.4%），表现出优异的冷却性能（平均温差6.8°C）、透气性和自清洁能力，为可持续的个人热管理技术提供了新方案。

　　

杨武|李家琪|田芳园|张宇|侯玉珍|李世航|朱洪|卓明鹏|杜博宇|穆罕默德·比拉尔|何新健|徐欢

中国矿业大学材料科学与物理学院，徐州221116，中国

摘要

被动日间辐射冷却（PDRC）是一种可持续的、无需能源的个人热管理（PTM）技术。然而，传统的聚合物膜通常具有不足的太阳反射率和较差的透气性。受Dictyophora的启发，我们提出了一种仿生梯度孔工程（BGPE）策略。具体而言，该策略利用多组分相分离电纺技术在聚乳酸（PLA）微纤维表面生成纳米孔。这些纳米孔与纤维之间的微孔共同形成了独特的梯度孔结构。通过逐步电喷法，将UiO-66 MOF纳米晶体优先固定在PLA纤维上，以实现最佳的光学性能。这种方法成功制备出了具有梯度孔结构和高性能辐射冷却功能的PLA基超织物。在本研究中，受生物启发的层次结构和BGPE-PLA超织物的增强光功能化使其反射率达到94.1%（0.3–2.5 μm），中红外（MIR）发射率为95.4%（8–13 μm）。在户外应用场景中，该超织物表现出6.8°C的平均温差和106.7 W m^?2的优异净冷却功率。同时，由于其表面粗糙度和低表面能的协同效应，该超织物具有显著的疏水性和优异的自清洁性能。此外，该超织物还具有良好的透气性（41.2 mm s^?1）、优异的透湿性（132.3 g h^?1 m^?2）和良好的柔韧性，这些特性对于所需的穿着舒适性和长期稳定性至关重要。这项工作展示了一种多功能、可生物降解的织物，在PDRC材料和PTM应用方面具有巨大潜力。

引言

随着全球变暖趋势的加速，由气候变化引起的极端高温事件变得越来越频繁和强烈。[1],[2] 一个典型的例子是最近席卷墨西哥的严重热浪，导致至少112人死亡，且死亡人数仍在增加。[3] 这些事件不仅增加了对人类身心健康的风险，还对经济安全造成了重大损害。[4],[5] 因此，对有效冷却的需求比以往任何时候都更加紧迫和关键。然而，传统的冷却设备（如空调）仍然严重依赖能源。[6],[7] 这些设备在运行过程中会产生大量温室气体，进一步加剧了全球变暖的恶性循环。[8] 此外，老旧设备存在制冷剂泄漏的风险，这可能会破坏臭氧层并加重环境污染。[9] 另一个限制是移动性，使得户外人员和移动场景难以使用这些设备。因此，迫切需要开发一种高效且可持续的绿色冷却方式，以满足个人穿着舒适性的需求。[10]

被动日间辐射冷却（PDRC）是一种环保、便携且可持续的冷却技术。[11],[12] 这种冷却机制通过反射太阳辐射（0.3–2.5 μm）并将热量通过大气窗口（8–13 μm）释放到寒冷的宇宙中来实现。整个过程无需能源，因此具有高度可持续性。作为屋顶覆盖物或外墙覆层使用，这些PDRC材料可以被动降低室内温度，减少对空调的依赖，从而减少碳排放并缓解城市热岛效应。[14] 与传统耗能且笨重的冷却方式不同，PDRC因其独特优势而非常适合个人热管理（PTM）。[15] 因此，具有PDRC功能的膜引起了越来越多的关注，因为它们为个性化冷却舒适性、能源可持续性和适应不同环境和活动场景提供了可行的途径。[16],[17],[18],[19]

为了追求高效和可持续的PDRC膜，研究人员开发了各种类型的材料，如基于聚合物的膜、[20] 光子膜[21] 和超织物[22]。其中，具有高红外发射率、低密度、优异环境稳定性和可扩展加工性的聚合物膜被视为PDRC和PTM应用的有希望的候选材料。[23] 然而，由于聚合物膜本身的低折射率和密集结构，它们会阻碍有效的太阳反射，从而不可避免地吸收太阳热量。[24] 通过持续的结构创新和宏观改性，聚合物膜的太阳反射率得到了提高。[25] 例如，Ma等人设计了一种由复合微纤维编织的多层超织物，并引入了无机纳米颗粒（TiO₂）以增强光学性能。[26] 然而，这种多层结构不可避免地导致织物过于厚重，降低了穿着舒适度。因此，迫切需要开发既高效冷却又舒适的亲肤膜。[27],[28],[29] 克服这一挑战对于未来可穿戴冷却技术的应用至关重要。[30],[31],[32]

为了克服上述挑战，受Dictyophora表面多孔结构的启发，[33] 我们提出了一种仿生梯度孔工程（BGPE）策略。该策略采用多组分相分离电纺技术（非溶剂和溶剂相分离）在微米级纤维表面生成纳米孔。这些纳米孔与纤维之间的复杂微孔结合，形成了梯度孔结构。同时，电喷法用于将光功能MOF（UiO-66纳米晶体）固定在纤维上。这种策略制备出了亲肤、透气、吸湿且可持续的冷却超织物。这种梯度孔结构设计使得多重光散射和宽光谱反射成为可能，反射率${\bar{R}}_{\text{太阳}}=\; 94.1\%，中红外发射率$${\bar{\epsilon }}_{8–13}$= 95.4%。基于光学性能，BGPE-PLA超织物非常适合实际户外应用。与棉布和纯PLA膜相比，BGPE-PLA超织物表现出6.8°C的平均温差和106.7 W m^?2的净冷却功率。同时，UiO-66的固定增强了BGPE-PLA超织物的粗糙度并降低了表面能。BGPE-PLA超织物还表现出优异的疏水性和自清洁性能。此外，该超织物还具有一定的透气性、透湿性和柔韧性。这种BGPD-PLA超织物展示了卓越的可持续冷却性能和穿着舒适性，表明它为开发集成PDRC和PTM的智能织物提供了一种新策略。

章节摘录

UiO-66的形态观察和结构表征

作为一种高效且稳定的合成方法，微波辅助合成已被广泛用于MOF的合成。[34] 微波辅助合成能够很好地控制MOF的尺寸和形态，这对于保持MOF的一致性和性能至关重要。[35] 图1a展示了合成UiO-66的详细过程。通过调整反应时间和调节剂的用量，可以获得不同的UiO-66形态（见图S1）。

结论

总之，基于仿生梯度孔工程策略，我们成功开发了一种可生物降解、透气、透湿且高效可持续的辐射冷却超织物（BGPE-PLA超织物）。这种超织物克服了传统聚合物膜在太阳反射率低、易污染和穿着舒适性差方面的局限性。该超织物由聚乳酸（PLA）和光功能MOF（UiO-66纳米颗粒）组成。

材料

聚乳酸（PLA，M_{w = 1.63 × 10⁵）从Total Corbion PLA（泰国）有限公司购买，商品名为Luminy LX175，L-异构体的立体化学纯度为96%。氯化锆（ZrCl4）和乙二醇（C2H6O2）从Macklin Inc.购买。二氯甲烷（DCM）、N, N-二甲基甲酰胺（DMF）、甲酸（CH2O2）和对苯二甲酸（PTA）从上海Aladdin Chemistry有限公司购买。}

光功能MOF（UiO-66晶体的制备

首先，将ZrCl₄（0.6 g）和PTA（1.26 g）混合并溶解在

CRediT作者贡献声明

杨武：撰写 – 原稿撰写，数据整理，概念构思。 李家琪：软件开发，数据整理，概念构思。 田芳园：撰写 – 审稿与编辑，数据整理，概念构思。 张宇：撰写 – 审稿与编辑，数据整理，概念构思。 侯玉珍：撰写 – 审稿与编辑，数据整理，概念构思。 李世航：撰写 – 审稿与编辑，数据整理，概念构思。 朱洪：撰写 – 审稿与编辑，数据整理，概念构思。

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的财务利益或个人关系可能影响本文所述的工作。

致谢

本研究工作得到了国家自然科学基金（编号：52573054和52174222）、国家重点研发计划（编号：2025YFE0219700和2024YFC3015003）、江苏省自然科学基金（编号：BK20253032和BK20241645）、中国博士后科学基金（编号：2025T180510、2024M753532和2024M763565）、四川大学聚合物材料工程国家重点实验室开放项目（编号：）的支持。