A Universal Strategy for Constructing Robust and Antifouling Cellulose Nanocrystal Coating

材料科学 涂层 生物污染 化学工程 聚乙烯亚胺 粘附 纳米纤维素 胶粘剂 润湿 图层(电子) 纤维素 纳米技术 复合材料 工程类 生物 细胞培养 遗传学 转染
作者
Wenshuai Yang,Mingfei Pan,Jiawen Zhang,Ling Zhang,Fengcai Lin,Xiong Liu,Charley Huang,Xing‐Zhen Chen,Jianmei Wang,Bin Yan,Hongbo Zeng
出处
期刊:Advanced Functional Materials [Wiley]
卷期号:32 (8) 被引量:93
标识
DOI:10.1002/adfm.202109989
摘要

Abstract Super‐hydrophilic cellulose nanocrystals (CNCs) hold great potential in fabricating antifouling surfaces based on their high‐water binding affinity. However, integrating CNCs as a robust surface coating on substrate still remains a challenge due to its limited surface adhesion property. Herein, inspired by marine bio‐adhesive strategy, a facile yet universal surface coating method is developed for tightly anchoring CNCs on various substrates with an intermediate adhesive layer composed of tannic acid (TA)/polyethylenimine (PEI)/vanadium(V). Introducing V 3+ ions in the assembly process significantly reduces the roughness of the TA/PEI/V bio‐glue layer via coordination chemistry, thus achieving a CNCs coating with a highly‐dense structure and outstandingly low root‐mean‐square roughness (≈2 nm). The super‐hydrophilic CNCs coating exhibits universal and outstanding antifouling properties in inhibiting oil adhesion, protein adsorption or cell attachment, and maintaining its structural integrity and wettability over 100 friction cycles. Additionally, the CNCs‐coated polyvinylidene fluoride (PVDF) membrane shows an ultra‐high water flux over 6000 L m –2 h –1 bar –1 and achieves nearly 100% permeating flux recovery ratio for separation of toluene‐in‐water emulsion containing various foulants. This study demonstrates a universal coating method to settle the long‐standing challenge of robust integration of rigid materials to various substrates for broad engineering and environmental applications.
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