近期，我院丁彬研究员带领的“功能纺织材料”研究团队在具有负离子释放功能的纳米纤维空气过滤材料研究方面取得了重要突破。相关研究成果以“Low-Resistance Dual-Purpose Air FilterReleasing Negative Ions and Effectively Capturing PM2.5”为题发表在界面材料研究领域的权威杂志《ACS Applied Materials & Interfaces》上（ACS Appl. Mater. Interfaces 2017, 9, 12054−12063）。
严重的雾霾污染给人体健康带来了巨大威胁，亟需兼具高过滤效率和低呼吸阻力的口罩用空气过滤材料。此外，负离子作为一种功能物质，可促成人体合成和储存维生素，被誉为“空气维生素”，对人体的生命活动有着十分重要的影响，若将负离子释放功能引入空气过滤材料中，将极大提升过滤材料的实际应用性能。现有的口罩用过滤材料主要为熔喷驻极材料，其虽具有初始过滤效率高的优势，但存在驻极电荷衰减较快且无负离子释放功能的问题。静电纺纳米纤维因具有纤维直径小、纤维膜孔径小、孔隙率高及易功能改性等优势，已引起空气过滤领域科研工作者的广泛关注，但如何在实现纤维膜高过滤效率和低空气阻力有效平衡的同时，提升其负离子释放功能，依然是静电纺空气过滤材料领域亟需解决的关键问题。
离子过滤材料的空气净化机制示意图及过滤性能展示
为此，研究者采用聚偏氟乙烯（PVDF）为聚合物原料并掺杂负离子粉（NIPs）制备了具有负离子释放功能的PVDF/NIPs纳米纤维过滤膜材料。首先研究了聚砜（PSU）、聚乙烯醇缩丁醛（PVB）及PVDF三种聚合物纤维直径与压阻的构效关系，发现了由PVDF更小的纤维直径所带来的空气滑移效应，该效应将纤维膜的空气阻力降低了36%。在此基础上，进一步考察了PVDF单纤维电负性对纤维膜负离子释放量的影响，结果发现PVDF单纤维具有更高的表面电势及高的负离子释放量。此外，研究还发现纤维直径的降低会减弱对负离子粉的屏蔽作用，使得材料的负离子释放量从798cc-1大幅提升至2818cc-1。最终制备的PVDF/NIPs过滤膜具有高PM2.5净化效率（~99.99%）、低空气阻力（~40.5Pa）及高负离子释放量（~2800cc-1），且在高PM2.5浓度下（>500μgm-3）加载测试600min后仍保持性能稳定性。这种具有负离子释放功能的高效低阻过滤材料的制备，对空气过滤领域功能集成型材料的开发具有重要意义。
该研究工作获得了国家科技支撑计划（2015BAE01B01，2015BAE01B02）、国家自然科学基金（51673037，51503030）、东华大学中央高校基金（16D110115）和上海市科委青年英才“扬帆”计划项目（15YF1400600）的大力资助。
