学术动态

近日，我院卿彦教授、吴献章副教授在生物基功能材料研究领域取得重要突破。该研究通过在果胶涂层与基体之间构建非均相结构界面，首次实现了生物质涂层对水分“不对称”响应机制的创新性突破。相关成果以“Asymmetric hydrophilicity-driven fast water diffusion enabling heterogeneous hygroscopic gels toward high-yield atmospheric water harvest”为题，发表于Nature子刊Nature Communications，这是我院首次在该期刊上发表研究成果。中南林业科技大学为第一完成单位，2021级本科生韩瑞恒同学为第一作者（已直博至中国科学院），吴献章副教授为通讯作者；合作单位中国科学院宁波材料所为第二完成单位，陈涛研究员和肖鹏研究员为该单位通讯作者。

生物基功能高分子被认为是降低全球石化依赖最具潜力的功能性材料。生物基高分子链中富含多种亲水官能团，使其对环境水分具备天然的响应特性。然而，目前针对生物基高分子的水分响应机制研究仍主要集中于基于渗透压驱动的水分响应与耗散过程，这类机制通常受限于水分传输与耗散的动力学瓶颈，严重制约了生物基材料的多功能协同设计。如能开发新型生物基材料环境水分响应机制，对实现生物基涂层疏水化、湿气捕获及基体尺寸稳定化等应用具有重要意义。 

研究通过在果胶涂层与基体界面引入甘油分子，构建了具有空间梯度特征的不对称界面结构。该不对称界面结构能够自发建立显著的水分化学势梯度，从而作为驱动力促进水分由外界向材料内部的定向迁移，实现连续、稳定的水分输运过程。该不对称水分传输机制显著削弱了水分子在果胶表面的强氢键束缚效应，使水分子处于弱束缚-迁移的活性状态，从而保障了以甘油为核心的“渗透泵”效应能够持续、高效运行，实现动态水分吸附与释放的过程。得益于上述多尺度结构调控与界面传输优化，所构建的果胶涂层在宽相对湿度范围（30%-90%）内均表现出优异的水分响应行为与捕获能力。

研究提供了一种基于不对称界面结构调控的全新生物基高分子涂层水分响应机制，实现了由传统渗透压驱动向化学势梯度驱动的范式突破。研究结果为构建高效水分定向传输与动态调控的生物基功能材料提供了重要理论依据，并为界面防护及多环境适应性材料的绿色设计提供了关键技术借鉴。

近年来，我院持续推进学科建设与人才培养。依托“林业工程”双一流学科平台，通过深化国际合作与校际合作，着力加强基础学科拔尖创新人才培养，学生尤其是本科生的科研创新能力与基础研究能力显著提升，本科生科研成果居学校前列。