调控纳米纤维内部多相异质界面的空间排布与电子结构，是破解传统纤维膜性能瓶颈、实现多功能协同融合的潜在途径。然而，当前研究多聚焦于单一组分体系或孤立界面设计，缺乏在纤维内部与表面同步构筑分级异质结构的系统性策略，导致微环境调控、自清洁与高性能防护等功能在不同界面层级间分配低效，严重制约了膜材料在深地深空极端复杂工况下的综合服役性能。

  近期，中国矿业大学何新建、徐欢团队提出“分级异质界面结构”策略，通过静电纺丝-静电喷雾联用技术，在可降解聚乳酸纳米纤维内部嵌入高孔隙率电活性ZIF-8纳米晶以构建有序分子传输通道与电荷存储位点，同时在纤维表面锚定低表面能高电负性F-TiO₂纳米块以实现疏水自清洁并构筑深电荷陷阱，由此形成的异质界面驱动电子定向迁移与空间电荷再分布，建立“捕获-存储-再生”闭环电荷循环机制，研制融合微环境调控与自清洁功能的生物基可降解超材料膜（图1）。该膜突破了传统防护材料过滤效率与舒适性之间的固有矛盾，在高湿环境下仍保持稳定表面电势（图2）与高效颗粒物拦截性能（图3），同时集成湿热调控、自清洁抗菌与生理信号传感等多功能于一体，且服役期满后可生物降解（图4）。

  2026年5月8日，该工作以“Hierarchically heterogeneous interface structuring strategy for microenvironment-regulating and self-decontaminating biodegradable meta-membranes”为题发表在《Nature Communications》上。文章第一作者是中国矿业大学2025级博士汪少振。该研究得到了国家重点研发计划项目、国家自然科学基金等课题的资助。

图1 微环境调控自净化超材料膜的合成路线及应用场景

图2 超材料膜的定向电子迁移和电荷重新分布机制

图3 超材料膜的膜的空气过滤性能及机理

图4 超材料膜的抗菌机制与堆肥降解行为评价

  该工作是团队近期关于深地深空应用纳纤膜异质界面工程与功能集成相关研究的最新进展之一。传统均质结构设计难以协同优化微环境调控、自清洁与高效防护等多重功能，为此团队发展了分级异质界面结构策略，通过在纤维内部嵌入MOF纳米晶构筑电荷存储与分子传输通道，在表面锚定疏水纳米块实现疏水自清洁与深电荷陷阱构筑，系统揭示了异质界面诱导的定向电子迁移与空间电荷再分布机制。在过去的两年中，团队采用静电纺丝表面功能化修饰技术制备了一系列异质界面构型的高电活性PLA纳纤（Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e25521；Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e24202；ACS Nano 2026, 20, 905?917），探索了活性功能材料在沿膜厚度方向时空分布及功能实现（Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e21019；Adv. Funct. Mater. 2026, 36, e31069；J. Hazard. Mater. 2026, 510, 142021）。这类分级异质界面结构实现了“捕获-存储-再生”闭环电荷循环，消除了因高湿环境电荷耗散导致的过滤性能衰减，提供了首个基于异质界面协同构筑多功能超材料膜的设计范式。以这些分级界面调控策略为基础，团队进一步提出了面向深地深空多场景应用的纳纤膜功能集成方法，探索了湿热微环境调控、自清洁抗菌与生理信号传感等多功能协同机制，为开发环境自适应微环境管理防护材料奠定了理论与技术基础。

  原文链接：https://doi.org/10.1038/s41467-026-72873-z

作者简介：

汪少振：中国矿业大学2025级博士研究生，主要研究多孔聚合物MOF/COF与可降解高分子材料形态调控及其在个体防护与空气治理研究。在Nature Communications（1篇），Advanced Functional Material（2篇），Chemical Engineering Journal（1篇），Journal of Hazardous Materials（2篇），Journal of Membrane Science（1篇）等国内外期刊发表学术论文10余篇，申请/授权发明专利十余项。先后荣获省级优秀毕业生，省级优秀毕业论文，国家奖学金（连续2次）等荣誉。

何新建：中国矿业大学职业健康研究院院长，江苏省粉尘治理与职业防护工程研究中心主任，应急管理部有限空间事故调查指导专家组专家，国家“万人计划”青年拔尖人才、江苏省特聘教授、国家重点研发计划首席科学家，美国注册安全专家（CSP），美国注册工业卫生专家（CIH）。长期从事职业安全健康的科学研究与教学工作，主要研究领域包括气溶胶科学、个体防护技术、职业危害暴露控制等。形成了以全身型高效防护装备、应急救援降温服为代表的多项科研成果，发表高水平学术论文近100篇，三次获得美国工业卫生协会个体防护研究约翰-怀特（John M. White Award）学术奖。先后担任美国职业卫生学会呼吸防护委员会主席、美国NIOSH特聘客座研究员、国际呼吸防护期刊JISRP副主编等。

徐欢：景德镇人，先后毕业于南昌大学、四川大学、瑞典皇家理工学院，获双博士学位，长期从事高分子材料形态与性能调控的理论基础和加工方法研究，围绕感知防护功能融合高分子纤维材料形态控制机理、特殊结构成型方法与多学科交叉应用开展系列工作，已发表研究论文120余篇，授权发明专利24余件，入选2025全球前2%顶尖科学家榜单。研究获得国家自然科学基金青年和面上项目，国家重点研发计划（2025YFE0219700、2024YFC3015000和2023YFC3011704），江苏省基础研究计划重点项目（BK20253032，先进结构材料极端条件原位表征方法与性能调控），国家能源集团十大科技攻关项目等资助支持。获2021年贵州省自然科学奖三等奖，2022年首届全国博士后揭榜领题金奖，2023年第二届全国博士后创新创业大赛金奖，2025年第三届全国博士后创新创业大赛铜奖，2025年第十九届“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛江苏省二等奖、全国二等奖等科研奖励。入选2025年江苏省科技镇长团荣誉团员（挂职盐城）。