IF：40.4！墨尔本大学/四川大学Chem. Soc. Rev.封面：金属-多酚网络复合材料：从基础到应用

近日，墨尔本大学Frank Caruso教授研究团队与四川大学周加境研究员课题组应邀合作撰写的综述论文“Metal–phenolic network composites: from fundamentals to applications”作为封面文章发表于《Chemical Society Reviews》，DOI: 10.1039/D3CS00273J。该综述全面概述了金属-多酚网络（MPNs）复合材料的基础知识与实际应用，讨论了该领域的最新进展，重点内容包括：（1）MPNs制备复合材料的优势与挑战；（2）MPN复合材料的合成策略；（3）MPNs与不同功能组件之间的相互作用；（4）MPNs和功能组件在特定应用中的协同效应；（5）MPN复合材料的未来挑战和机遇。

图1 论文的封面与图形摘要

MPN复合材料的基础知识

MPNs是一类由金属离子与酚类配体构成的无定形配位网络材料。由于富含大量酚羟基，MPNs可以通过氢键、配位作用、π-π作用、疏水作用等多种作用机制，与不同功能组件有效结合。此外，MPNs固有的高孔隙率、pH响应性和金属选择性结合等特性，也可整合至MPN复合材料中，显著提升其整体功能。通过与药物分子、蛋白质和纳米粒子等功能组件的结合，可制备出功能多样的MPN复合材料（Metal–phenolic network composites），这些材料已广泛应用于分离、储能、药物递送、催化及生物成像等领域。

图2 MPN复合材料的结构单元、合成策略、性能和应用

MPNs制备复合材料的优势

MPNs在温和条件下的水相合成方法可以有效减少生物活性成分（如蛋白质）的变性，特别适合用于药物递送等生物医学应用。此外，MPNs能够通过氢键等多种超分子相互作用，便捷地预装载或后装载药物、蛋白质等功能组分。相较于结晶态的金属-有机框架材料（通常存在装载尺寸限制，并需要苛刻的合成条件），这一优势尤为突出。此外，功能性的酚类配体或金属离子也可以灵活地结合到MPNs中，赋予MPN复合材料新的性能。

表1 MPN复合材料与晶态MOF复合材料的比较

MPN复合材料的合成策略

MPN复合材料的合成主要包括三种方法：络合法（Complexation）、模板法（Template coating）和后处理法（Postmodification）。MPNs中的酚类配体具有形成氢键、π相互作用、疏水相互作用、金属配位、共价键、静电相互作用等多种相互作用力的能力。因此，MPNs可以通过一种或多种类型的作用力与各类功能材料直接形成复合材料，而不受功能材料化学成分的限制。同时，温和的合成条件进一步支持多种组装技术在MPN复合材料中的应用，包括浸入组装技术、喷雾组装技术、电化学组装技术、微流体组装技术、旋涂组装技术和机械化学组装技术。这些方法在调节MPN复合材料的组成、形态和物理化学特性方面具有重要作用。

图3 MPN复合材料的组装技术

MPNs和功能组件在特定应用中的协同效应

MPN复合材料的组成决定了其物理化学性质和应用场景。综述重点讨论了基于不同功能组件的各类MPN复合材料，包括小分子、聚合物、生物大分子、金属纳米粒子、氧化物和生物有机体等。文章强调了MPNs与功能组件之间的协同效应，旨在展示MPN复合材料的优势，为定制化的MPN复合材料在特定应用中的合理设计提供指导。以生物有机体（如细胞、细菌）为例，其在许多生物过程中扮演着重要角色，但它们通常对周围环境（如溶剂、pH、温度）十分敏感。MPNs能够在生物体与周围环境之间形成物理屏障，增强生物体在恶劣条件（包括紫外线辐射和毒素）下的生存力和耐受性。同时，MPNs的高渗透性允许养分和反应物的交换，从而使复合材料成为高效生物反应器。例如，光合微生物（微藻）在固碳方面具有重要作用，MPNs可用于包封微藻得到MPN–微藻复合材料。这种方法不仅可以对微藻的运动性进行人工调控，还能增强微藻抵抗环境压力（包括重金属离子和抗生素）的能力。

图4 MPN–生物有机体复合材料的开发与应用

MPN复合材料的未来挑战和机遇

MPN复合材料多样的结构单元和灵活的组装条件，使其成为理想的复合材料。尽管已有大量MPN复合材料被设计和研究，但在应对科学与应用挑战时，仍有许多未被探索的变体可以创造。作者预计，MPN复合材料将在塑造复合材料和先进生物技术领域中发挥突出作用。特别是在少数MPN复合材料已成功推向市场的背景下，持续的研究和开发将推动MPN复合材料在各科学领域和工业应用中的进展。

作者信息：

周加境，四川大学研究员，博士生导师，入选国家级青年人才项目。研究兴趣包括生物材料工程和用于生物医学和环境应用的3D生物打印。已发表学术论文90余篇，论文总引次数6200余次，其中以第一/通讯作者在 Chem. Soc. Rev.、 Acc. Chem. Res.、 J. Am. Chem. Soc.、 Angew. Chem. Int. Ed.、 Adv. Mater.、 Nat. Commun.等高水平学术期刊上发表论文20余篇，研究成果被Nature、The Wall Street Journal 等多家媒体重点报道和转载。

Frank Caruso，现任澳大利亚国家生物纳米科学与技术中心执行主任、澳大利亚国家健康与医学研究基金委资深首席教授、墨尔本大学教授。2009年当选为澳大利亚科学院院士，2018年当选为伦敦皇家学会院士，1997-2002年任德国马普研究所胶体与界面分部洪堡学者、课题组组长，2003-2012年获澳大利亚最高学术荣誉的联邦教授以及2012-2017年澳大利亚桂冠教授。目前，已发表了500余篇学术论文，被引用超过89000次，H因子为155。Caruso教授是汤森路透高被引学者（材料科学领域前20 ）。

文章信息：

Z. Lin, H. Liu, J. Richardson, W. Xu, J. Chen, J. Zhou, F. Caruso, Metal–phenolic network composites: from fundamentals to applications. Chem. Soc. Rev.2024,53, 10800-10826.

来源：高分子科学前沿

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