【儀表網 研發快訊】近日，我校輕工科學與工程學院劉公巖教授團隊聯合南京大學陳朝見研究員團隊在國際學術期刊《Advanced Materials》在線發表了題為“Collagen-Derived Nanoconfined Catalytic Membranes for Highly Efficient Water Remediation”的研究論文。我校輕工科學與工程學院博士研究生趙鵬為論文第一作者，劉公巖教授和南京大學陳朝見研究員為共同通訊作者，四川大學輕工科學與工程學院為論文第一通訊單位。
圖1 膠原基限域催化膜制備示意圖
隨著全球人口增長與制藥業快速擴張，廢水中抗生素等新興污染物的檢出頻率與濃度不斷攀升。這類污染物具有顯著的環境持久性，難以通過自然過程實現有效降解，即便在痕量濃度下，仍會誘導微生物產生耐藥性，對生態系統安全與公共健康構成嚴重威脅。活性炭吸附、紫外線消毒等傳統污水處理技術，因對這類難降解污染物的去除效率有限，難以滿足實際處理需求。當前研究中，芬頓法等高級氧化技術雖可通過生成活性氧(reactive oxygen species, ROS)實現此類污染物的降解，但這類技術往往需在反應體系中投加大量化學藥劑，且存在活性成分壽命短、催化劑易團聚失活等問題，導致反應效率與處理經濟性受限。納米限域催化膜(nanoconfined catalytic membranes, NCM)的出現為破解這一難題提供了新思路：該類膜材料通過將納米催化劑限域于多孔基體中，不僅能有效抑制催化劑團聚，還可強化 ROS 與污染物的界面相互作用，從而實現污染物的連續高效去除。然而，納米限域催化膜的規模化應用仍面臨諸多挑戰：其一，復雜的制備工藝與高昂的生產成本，限制了其實際推廣；其二，傳統聚合物基 NCM 易出現孔道堵塞、催化劑流失等穩定性問題，且其石油基材質也帶來了環境兼容性與可持續性方面的深層擔憂。
針對上述挑戰，我校輕工科學與工程學院劉公巖教授聯合南京大學陳朝見研究員，基于在皮膠原基功能材料領域的前期探索(Nat. Commun. 2025, 16, 6823; Mater. Horiz., 2022, 9, 1309; Water Res. 2022, 218, 118469)，首次利用制革過程中的膠原纖維網絡(軟化后的皮膠原)作為骨架，成功構建了納米限域催化膜(圖1)。研究開發的膠原纖維網絡(Collagen fiber networks, CFN)具有優異的機械韌性、柔性和親水特性，兼具可再生性與環境相容性，是理想的膜材料基材。然而，天然膠原纖維易聚集為粗大纖維束，導致活性位點少、傳質效率低。本研究通過機械分散將膠原纖維解離為納米原纖維，并結合單寧酸功能化，構建出高孔隙的納米空腔結構，在提升水通量的同時暴露出豐富的官能團，用于穩定負載催化劑。在單寧酸介導的仿生礦化作用下，在膠原纖維表面穩定錨定鐵基納米催化劑，有效促進活性氧生成，并加速類芬頓反應進程。尤為重要的是，本研究揭示了空間限域效應對催化反應的協同增效機制，顯著提升了催化降解效率，從而奠定了膠原基膜作為一種高效、可持續的先進水凈化材料平臺。
本研究工作得到國家自然科學基金面上項目(22378281)、四川省科技項目(2025YFHZ0299)、四川大學-自貢市合作項目(2024CDZG-6)、以及四川大學工科特色項目-無鉻皮革制造等項目的聯合資助。
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