MOF功能化自清洁聚乳酸多级孔纤维膜的辐射冷却性能

doi:10.7503/cjcu20250239

高等学校化学学报 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (3): 20250239.doi: 10.7503/cjcu20250239

MOF功能化自清洁聚乳酸多级孔纤维膜的辐射冷却性能

张雨¹^,³, 吴洋², 李佳琪¹, 徐超², 汪少振¹, 李欣雨¹, 王存民¹, 张生辉²(), 徐欢²

^1.中国矿业大学安全工程学院
^2.中国矿业大学材料与物理学院，徐州 221116
^3.中国安全生产科学研究院，北京 100012

收稿日期:2025-08-31 出版日期:2026-03-10 发布日期:2026-01-16
通讯作者: 张生辉 E-mail:zhangshenghui@cumt.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(52404266);江苏省自然科学基金(BK20241645);中国博士后自然科学基金(2024M753532);江苏省卓越博士后计划项目(2024ZB449)

Efficient Radiative Cooling Performance of MOF-functionalized Self-cleaning Polylactic Acid Fiber Membranes with Multi-scale Pores

ZHANG Yu¹^,³, WU Yang², LI Jiaqi¹, XU Chao², WANG Shaozhen¹, LI Xinyu¹, WANG Cunmin¹, ZHANG Shenghui²(), XU Huan²

^1.School of Safety Engineering，China University of Mining and Technology
^2.School of Material Science and Physics，China University of Mining and Technology，Xuzhou 221116，China
^3.China Academy of Safety Science & Technology，Beijing 100012，China

Received:2025-08-31 Online:2026-03-10 Published:2026-01-16
Contact: ZHANG Shenghui E-mail:zhangshenghui@cumt.edu.cn
Supported by:
the National Natural Science Foundation of China(52404266);the Natural Science Foundation of Jiangsu Province, China(BK20241645);the China Postdoctoral Science Foundation(2024M753532);the Jiangsu Funding Program for Excellent Postdoctoral Talent, China(2024ZB449)

摘要/Abstract

摘要：

利用微波辅助法精准控制锆基金属有机框架(UiO-66)的尺寸和形貌，制备了具有高散射效率的UiO-66纳米晶；以其作为高红外辐射功能材料，结合静电纺丝-电喷雾技术和相分离策略，进一步构建了UiO-66功能化的聚乳酸(PLA)多级孔纤维膜（PLA/UiO-66）. 得益于微-纳米结构多级孔和UiO-66引入的丰富红外活性基团， PLA/UiO-66多级孔纤维膜展现出良好的太阳反射率和红外发射率，当UiO-66的添加量(质量分数)为12%时，所制备的PLA/UiO-66-12多级孔纤维膜的光学性能更加突出，其平均太阳反射率和平均红外发射率分别高达93.9%和91.2%，远高于Pure PLA纤维膜. 在户外测试中， PLA/UiO-66-12多级孔纤维膜的降温幅度明显优于Pure PLA纤维膜， PLA/UiO-66-12纤维膜的平均温度维持在47.6 ℃，而Pure PLA纤维膜的平均温度则高于50 ℃. 由于UiO-66的引入有效降低了表面能，使PLA/UiO-66多级孔纤维膜具有较大的水接触角(128.8°)，确保其具有优异的疏水性和自清洁能力，为研制高效、可持续的热管理纺织品提供了新策略.

关键词: 聚乳酸, 辐射冷却, 多孔纤维膜, 金属有机框架材料, 自清洁性能

Abstract:

By using the microwave-assisted method， the size and morphology of zirconium-based metal-organic frameworks（UiO-66） were precisely controlled to prepare UiO-66 nanocrystals with high scattering efficiency. Employing the UiO-66 nanocrystals as high-infrared-emissivity functional materials， a UiO-66-functionalized polylactic acid（PLA）（PLA/UiO-66） multi-scale porous fiber membrane was further constructed via electrospinning-spraying technology combined with a phase separation strategy. Benefiting from the micro-nano porous design and the introduction of abundant infrared-active groups from UiO-66， the PLA/UiO-66 multi-scale porous fiber membrane exhibited excellent solar reflectivity and infrared emissivity. Particularly when the UiO-66 addition amount was 12%（mass fraction）， the optical performance of the resulting PLA/UiO-66-12 multi-scale porous fiber membrane was even more outstanding， achieving an average solar reflectivity of 93.9% and an average infrared emissivity of 91.2%， far exceeding those of the pure PLA fiber membrane. In outdoor tests， the cooling effect of the PLA/UiO-66-12 multi-scale porous fiber membrane was significantly superior to that of the pure PLA fiber membrane. The average temperature of PLA/UiO-66-12 multi-scale porous fiber membrane remained at 47.6 ℃， whereas that of the pure PLA fiber membrane was above 50 ℃. While demonstrating excellent cooling performance， the incorporation of UiO-66 effectively reduced the surface energy， endowing the PLA/UiO-66 multi-scale porous fiber membrane with a high water contact angle（128.8°）. This ensures the membrane possesses outstanding hydrophobicity and self-cleaning capability， thereby providing a new strategy for developing efficient and sustainable thermal management textiles.

Key words: Poly（lactic acid）, Radiative cooling, Porous fiber membrane, Metal-organic framework material, Self-cleaning property

中图分类号:

O631

TrendMD:

张雨, 吴洋, 李佳琪, 徐超, 汪少振, 李欣雨, 王存民, 张生辉, 徐欢. MOF功能化自清洁聚乳酸多级孔纤维膜的辐射冷却性能. 高等学校化学学报, 2026, 47(3): 20250239.

ZHANG Yu, WU Yang, LI Jiaqi, XU Chao, WANG Shaozhen, LI Xinyu, WANG Cunmin, ZHANG Shenghui, XU Huan. Efficient Radiative Cooling Performance of MOF-functionalized Self-cleaning Polylactic Acid Fiber Membranes with Multi-scale Pores. Chem. J. Chinese Universities, 2026, 47(3): 20250239.

图/表 6

Fig.1 SEM images(A, B), diameter distribution(C), scattering efficiency(D) and element mappings(E—G) of UiO⁃66 nanocrystals(E) C; (F) O; (G) Zr.

Fig.2 SEM images of Pure PLA(A1, A2), PLA/UiO⁃66⁃4(B1, B2), PLA/UiO⁃66⁃8(C1, C2) and PLA/UiO⁃66⁃12(D1, D2) multi⁃scale porous fiber membranes

Fig.3 FTIR spectra(A—C) and XRD patterns(D) of Pure PLA(a), PLA/UiO⁃66⁃4(b), PLA/UiO⁃66⁃8(c) and PLA/UiO⁃66⁃12(d) multi⁃scale porous fiber membranes

Fig.4 Reflection(A) and emission(B) spectra of Pure PLA(a), PLA/UiO⁃66⁃4(b), PLA/UiO⁃66⁃8(c) and PLA/UiO⁃66⁃12(d) multi⁃scale porous fiber membranesThe gray-shaded area in （A） represents the normalized AM 1.5 global solar spectrum， while the gray-shaded area in（B） indicates the atmospheric longwave infrared transmittance.

Fig.5 Solar irradiation(A), wind speed and relative humidity(B), real⁃time temperature variation curves from outdoor experiments using bare skin, cotton fabric, and Pure PLA and PLA/UiO⁃66⁃12 multi⁃scale porous fibrer membranes(C) and temperature difference curves of three porous fiber membranes(D)

Fig.6 Water contact angle of Pure PLA(A) and PLA/UiO⁃66⁃12(B) multi⁃scale porous fiber membranes and the contact photos of PLA/UiO⁃66⁃12 multi⁃scale porous fibrer for H2O(a), coffee(b), tea(c), coke(d) and milk(e)

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MOF功能化自清洁聚乳酸多级孔纤维膜的辐射冷却性能

Efficient Radiative Cooling Performance of MOF-functionalized Self-cleaning Polylactic Acid Fiber Membranes with Multi-scale Pores

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