在智能超疏水界面材料领域，如何让同一表面按需切换不同功能——如从“高粘附抓取液滴”到“低粘附自清洁”，或从“金属离子释放抗菌”到“抗黏附防污染”——一直是长期存在的挑战。传统策略虽能实现一定程度的调控，但往往依赖复杂预结构设计或外源化学试剂，操作繁琐且普适性有限。
中山大学顾林、吴青芸团队提出“配位动态拓扑编辑”策略，利用天然漆酚与金属离子的动态配位网络，通过简单调控沉积顺序，即可在同一基底上可逆重构表面微纳形貌，实现疏水界面在低粘附超疏水与高粘附类玫瑰花瓣疏水之间的按需切换。该策略无需外源试剂、无需复杂预结构、适用于多种基底，从源头上实现了表面形貌与功能的“内在可编程性”。
围绕这一核心机制，团队完成了一套从基础构建到应用拓展的完整工作：首先建立了高粘附超疏水通用涂层的简易制备方法；进而实现了粘附力的可逆切换与多功能集成（液滴无损转移、可视化微反应器、抗菌、止血、油水分离）；最后将机制拓展至光热膜蒸馏，系统建立了结构-润湿性-性能关系模型，为智能界面的理性设计提供了可遵循的设计原则。
相关工作发表在Progress in Organic Coatings、Journal of Colloid and Interface Science和Chemical Engineering Journal上。
图 1. 具有疏水转换功能的仿生涂层。（a）玫瑰花瓣和荷叶结构的示意图。图中插图展示了仿生涂层的水接触角变化情况，表明其具有半疏水-超疏水的转换特性。（b）漆树的示意图以及通过漆酚-Fe3+配位网络制备非织造布基涂层的工艺流程。该涂层的应用领域包括（c）油水分离、（d）液滴转移、（e）微反应器以及（f）抗菌和止血方面。
在自然界中，荷叶与玫瑰花瓣为我们展示了两种截然不同的疏水界面：荷叶表面因微纳复合结构而具有极低的液滴粘附力，水滴可轻易滚落带走污物，这就是著名的“荷叶效应”；玫瑰花瓣虽同样疏水，却因微米级结构而对水滴表现出极强的粘附力，水滴可倒挂而不掉落，被称为“玫瑰花瓣效应”。两种状态各有其用：低粘附适用于自清洁、抗污染、防结冰；高粘附则适用于液滴抓取、无损转移、微量样品分析。
然而，现实世界的应用场景往往对同一界面提出相互矛盾的需求。一个智能的超疏水界面可能需要先“抓取”液滴进行检测（需要高粘附），随后“释放”并转移（需要低粘附）；或者先通过金属离子释放实现抗菌（金属终端层暴露），再切换为低粘附状态以防止细菌黏附（低表面能烷基链终端）。如何让同一表面在两种润湿状态之间按需、可逆地切换，一直是智能界面材料领域的核心难题。
传统策略虽已实现一定程度的调控，但往往依赖复杂预结构设计、苛刻加工条件或外源化学试剂，且表面化学与微结构通常呈“静态、不可逆耦合”，难以实现真正的动态切换。即便部分研究实现了状态切换，也往往需要外部刺激（如光、热、电、pH）或引入外源功能分子，操作繁琐且普适性有限。
针对这一挑战，中山大学顾林、吴青芸团队提出了一种全新的“配位动态拓扑编辑”策略。他们利用天然漆酚（源自漆树的多酚类化合物）与金属离子（如Fe3+）的动态配位网络，通过简单调控层层组装中的末端沉积层，即可在同一基底上可逆重构表面微纳形貌，从而实现疏水界面在低粘附超疏水与高粘附类玫瑰花瓣疏水之间的按需切换。该策略无需外源试剂、无需复杂预结构、适用于多种基底，从源头上实现了表面形貌与功能的“内在可编程性”。
研究背景：从静态高粘附涂层到动态可切换界面
团队的前期工作已建立了一种简易的一步浸没法，利用漆酚与APTES的共聚反应在各种基底（滤纸、织物、海绵等）上构建高粘附超疏水涂层。该涂层通过多层亚微米球堆叠形成分级结构，水接触角>150°，粘附力高达142.7 μN，可实现液滴无损转移、快速止血和高效油水分离（分离效率>98%）。然而，这种涂层一旦制备完成，粘附力即固定不变，难以适应需要动态切换功能的复杂应用场景。
为此，团队将策略升级为层层组装，核心创新在于发现：仅通过改变末端沉积层，即可在同一基底上可逆重构表面微纳形貌。
核心机制：配位动态拓扑编辑实现可逆切换
团队发现，当Fe3+作为末端沉积层时，漆酚-Fe3+配位网络会形成纳米级颗粒，与基底原有的微米级纤维构成微-纳复合结构；而当漆酚作为末端层时，这些纳米颗粒被重新包裹，表面恢复为微米级粗糙结构。
图 2. 原始和改性非织造布的表面形态及化学成分。（a）织物、（b）织物（Fe）-铁、（c）织物（Fe）-漆酚的照片及场发射扫描电子显微镜图像。
这两种结构对应着截然不同的润湿行为：
Fe3+终端：微-纳复合结构形成稳定的 Cassie-Baxter 状态，水接触角 156°，粘附力仅 95.7 μN，水滴可轻易滚落
漆酚终端：微米级粗糙结构处于杂化润湿状态，水接触角 158°，粘附力高达 129.6 μN，水滴倒挂不掉落
图 3. 原始和改性非织造布的表面润湿性。（a）在 Fabric、Fabric(Fe)-Fe 和 Fabric(Fe)-Ur 上测量的水接触角和滚动角度。数据以平均值±标准差的形式呈现，n = 3。（b）不同改性基底表面（滤纸、非织造布、钢网和 PVDF 膜）上不同液滴（焦油、水、牛奶和咖啡）的照片。（c） Fabric(Fe)-Fe 和 Fabric(Fe)-Ur 上水滴动态变化的照片。（d）水滴接触非织造布（Fabric(Fe)-Fe 和 Fabric(Fe)-Ur）前后的力-距离曲线，图中插图显示了相应位置水滴形状的光学图像。（e）改性非织造布与水滴之间相互作用模型的示意图。
更重要的是，这种切换是可逆的——在同一基底上，只需交替改变末端沉积层，就能在两种状态间反复切换。涂层表现出极端稳定性：经300次剥离、20次砂纸磨损、7天紫外照射、pH 1–13 环境后，疏水性能保持率 >95%。
多功能应用拓展
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液滴无损转移：利用高粘附表面“抓取”液滴，再转移到低粘附表面“释放”，实现零损失传输
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可视化微反应器：在高粘附表面，液滴被牢牢固定，可实时观察Fe3+ 与OH- 反应生成Fe(OH)3 的黄色胶体，或Cu2+ 生成Cu(OH)2 的蓝色沉淀
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抗菌：Fe3+ 终端表面能持续释放金属离子，抑制细菌黏附
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止血：Zn2+ 配位体系兼具促凝与低粘附特性，实现快速止血且凝血块自脱离，避免二次损伤
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油水分离：分离效率>99.93% ，通量高达 11.7×104 L·m-2·h-1
这一步的核心创新在于：首次通过“配位动态拓扑编辑”实现了疏水界面粘附力的可逆切换，并验证了机理来源于形貌与组成的可逆重构，为后续的应用深化提供了理论基础。
应用深化：光热膜蒸馏中的结构-性能关系
为进一步验证该策略的普适性，团队将其拓展至光热膜蒸馏领域。团队成员通过单变量控制（终端组分 + 基底初始孔隙率），系统构建了四种不同结构的表面：高孔隙/漆酚终端（H-Ur）、高孔隙/Fe3+终端（H-Fe）、低孔隙/漆酚终端（L-Ur）、低孔隙/Fe3+ 终端（L-Fe）。研究发现：高孔隙/Fe3+ 终端显著增强光吸收，在 300–800 nm 核心光谱范围内吸光率 >94.2%。低孔隙/漆酚终端则能减少界面热阻，提升热传导效率。两种结构在光热膜蒸馏中扮演不同角色：前者负责“吸光”，后者负责“传热”。通过结构设计，二者可以实现协同优化。
在2个太阳光强下，优化后的膜实现了 2.70 kg·m-2·h-1的蒸馏通量和 91.2% 的光热转化效率。更重要的是，这项工作建立了结构-润湿性-性能关系模型，揭示了不同结构对光热转化和热传导的差异化贡献，为后续智能界面设计提供了可遵循的设计原则。
图 4. 展示了在 PMD 工艺过程中，由漆酚金属网络形成的不同粗糙度的疏水表面对光吸收和热传递所产生的影响的示意图。
总结与展望
团队围绕“配位动态拓扑编辑”策略，完成了一套从基础构建、到动态调控、再到理论建模的完整研究工作。
从现实意义看，这套体系提供了一系列切实可用的功能：微液滴无损转移（适用于微量样品分析）、可视化微反应器（适用于低物料消耗的化学实验）、Zn2+ 增强止血材料（快速止血且凝血块自脱离）、高效油水分离（效率 >99.93%）、光热膜蒸馏（低能耗太阳能水净化）。
从科学意义看，这项工作的核心贡献在于：首次将动态配位化学引入表面拓扑调控，证明了仅靠改变同一套配位网络的沉积顺序，就能让表面自己长出不同的结构，从而拥有不同的功能。这是一种更本质、更干净的调控方式。在此基础上建立的结构-润湿性-性能关系模型，为智能界面材料的设计提供了可遵循的设计原则，有望在微流控、生物医学、能源转化等领域产生更广泛的影响。
【相关工作】
[1]X. Yu, Q.-Y. Wu, L. Gu, A green, one-step and general engineering platform for high-adhesion superhydrophobic surfaces, Prog. Org. Coat. 183 (2023) 107805. https://doi.org/10.1016/j.porgcoat.2023.107805.
[2]X. Yu, J.-W. Zhu, Q.-Y. Wu, R.-Q. Xie, L. Gu, Coordination-dynamic urushiol-metal topographies enable on-demand switching between parahydrophobic and superhydrophobic states for multifunctional interfaces, J. Colloid Interface Sci. 716 (2026) 140343. https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.140343.
[3]X. Yu, J.-W. Zhu, L. Gu, Q.-Y. Wu, Synergistic micro-nano composite and micron hierarchical structures enable hybrid wetting-state regulation for enhanced photothermal membrane distillation, Chem. Eng. J. 528 (2026) 172368. https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.172368.
