在全球能源危机与环境污染治理的双重挑战下，开发可再生的生物基材料已成为替代传统塑料、推动可持续发展的关键路径。通过设计和合成新型生物基聚酯，与现有石油基塑料形成性能互补，不仅能够提升高分子材料的综合性能，还可为碳中和目标提供创新解决方案。可再生2，5-呋喃二甲酸（FDCA）基聚酯是在能源和环境危机时代实现塑料替代的最有前途的材料之一。然而，由于分子或微观结构设计不足，它们的综合性能还不能与石油基塑料相媲美。

基于此，近期中国科学院宁波材料技术与工程研究所生物基高分子材料团队在FDCA聚酯纳米复合材料的空间限域组装（Adv. Funct. Mater. 2025, 2421006； Green Chem. 2025, 27, 743；Chem. Eng. J. 2023, 417, 144377等）、分子-界面协同强化（Adv. Funct. Mater. 2023, 34, 2308631；Small 2024, 20, 2406958；Mater. Today Nano 2024, 25, 100463；Giant, 2024, 18, 100264；ACS Sustainable Chem. Eng. 2023, 11, 4633；ACS Sustain. Chem. Eng. 2022, 10, 13595; J. Hazard. Mater. 2023, 457, 131801；Macromolecules, 2023, 56, 5127；Chem. Eng. J. 2022, 447, 137535）等研究基础上，提出了一种新型高性能生物基呋喃聚酯纳米复合材料的原位催化合成策略，能够同时提高聚酯的气体阻隔性、力学性以及结晶能力。研究人员创新性地开发出一种高速剪切技术以制备具有表面多重镶嵌二维MXene纳米片的树枝状MXene@CNT异质结。这种结构不仅可以实现MXene和碳纳米管（CNT）的协同分散，而且可以通过与CNT中的残余羟基形成C-O-Ti共价键来抑制MXene氧化，同时可以暴露更多的活性位点来增强MXene@CNT的催化和成核效率并，且可与基体形成机械互锁和化学键合多尺度界面作用以实现高效应力传递。

随后，研究人员通过催化-界面强化一体化策略制备了具有多尺度应力耗散架构的生物基塑料，如图1。通过少量（0.1-0.3 wt.%）添加填料原位催化制备的生物基塑料在拉伸强度（101MPa）、韧性（237%）和气体阻隔性能（O₂阻隔性＞PET的4倍）方面同时得到改善，且得益于多尺度应力耗散架构的设计与构建，生物基塑料还表现出良好的可再加工性能（5次物理循环后可保持90%的力学强度）、紫外线屏蔽功能（屏蔽~99%UVB射线和~80%UVA射线）和耐溶剂性能（极性溶剂稳定周期>30天），使其成为石油基塑料的理想替代品。

该研究成果以“Robust and Reprocessable Biorenewable Polyester Nanocomposites In situ Catalyzed and Reinforced by Dendritic MXene@CNT Heterostructure”为题发表在Nano-Micro Letters（DOI: 10.1007/s40820-025-01682-8）。宁波材料所硕士研究生王浩为文章第一作者，丁纪恒博士和王静刚教授级高工为通讯作者。相关工作得到国家自然科学基金（NSFC52473104），国家重点研发计划（2022YFC2104500）、浙江省自然科学基金（Y24B040002）、宁波市2025年重点研发项目（2022Z160）、中国博士后科学基金（2023M733601）和宁波市自然科学基金（2023I333、2023J409）的资助。

图1 具有多重镶嵌界面的MXene@CNT（A-B）及其催化-强化（C-D）改性高性能PBF生物基塑料

（高分子与复合材料实验室 丁纪恒）