DOI: 10.1021/acsami.0c15606

COVID-19流行病的爆发表明了开发先进防护设备的重要性。这项研究探讨了使用ZnO纳米棒和Ag纳米粒子修饰多功能电纺聚甲基丙烯酸甲酯（PMMA）（PMMA/ZnO-Ag NFs）作为防护膜的潜力。在此，通过对含有PMMA、ZnO纳米棒和Ag纳米粒子的溶液进行直接静电纺丝在非织造布上制备了平均直径为450nm的PMMA/ZnO-Ag NFs。这种新型材料具有以下四种功能：（i）杀死革兰氏阴性和革兰氏阳性细菌的抗菌剂；（ii）抑制冠状病毒和流感病毒的抗病毒剂；（iii）降解有机污染物的光催化剂，从而实现对防护膜的自清洁，以及（iv）可重复使用的表面增强拉曼散射基材，用于定量分析纳米纤维上的痕量污染物。这种多功能材料通过提供被动和主动保护途径以及传感能力，在防护服应用中具有很高的潜力。

图1.PMMA/ZnO-Ag NFs的制备步骤（a-d）：（a）通过水热法合成ZnO纳米棒以及ZnO纳米棒的SEM图像，（b）当DMF存在时，通过原位还原AgNO3合成AgNPs溶液，并将PMMA和ZnO纳米棒与其混合配制静电纺丝溶液，（c）通过静电纺丝在膜上制备PMMA/ZnO-Ag NFs，并将NF膜集成到防护服中，（d）包含PMMA/ZnO-Ag NF膜的防护服，以及（e-g）所制备的PMMA/ZnO-Ag NF膜的多功能特性。

图2.NF垫的形态和直径分析。（a，d）PMMA/Ag，（b，e）PMMA/ZnO和（c，f）PMMA/ZnO-Ag NF垫的SEM和STEM图像。（g）PMMA/Ag，（h）PMMA/ZnO和（i）PMMA/ZnO-Ag NF垫的直径分布和平均直径直方图。

图3.所制备的PMMA NFs及其纳米复合材料（PMMA NFs、ZnO纳米棒和Ag纳米颗粒的浓度分别为6、10和3wt％）的XRD、拉曼、FT-IR和XPS表征。（a）原始PMMA NFs、PMMA/ZnO NFs和PMMA/ZnO-Ag NFs的XRD图谱，（b）纯ZnO纳米棒、PMMA/ZnO和PMMA/ZnO-Ag NFs的拉曼光谱，（c）原始PMMA NFs、PMMA/ZnO NFs、PMMA/Ag NFs和PMMA/ZnO-Ag NFs的FT-IR研究，（d）PMMA/ZnO和PMMA/ZnO-Ag NFs的全扫描XPS光谱，PMMA/ZnO-Ag的（e）Ag3d，（f）Zn2p和（g）O1s的高分辨率区域XPS光谱。

图4.PMMA NF垫的光催化活性。（a）在0-300分钟的时间间隔内吸取到PMMA/ZnO-Ag NFs上的MB水溶液的UV-vis吸光度；ZnO和AgNP的浓度分别为10和3％w/w。（b）纯PMMA、PMMA/Ag NF、PMMA/ZnO和PMMA/ZnO-Ag NF垫上MB的光催化降解（％）。（c）NF垫的光催化活性与时间的关系图。（d）光催化降解率的半衰期。插图显示了伪一级反应速率常数。

图5.PMMA/ZnO-Ag NF垫对甲氧苄啶的光催化降解。HPLC-DAD色谱图显示甲氧苄啶的（a）降解率％和（b）光催化降解速率（lnC0/Ct）的动力学曲线。插图数据显示了拟一级反应速率常数（K），回归的R平方值（R2）和半衰期（t1/2）的计算值。

图6.（a）沉积在PMMA/ZnO-Ag NF垫（蓝线）和PMMA/ZnO NF垫（红线）上的MB（1mM）的SERS光谱。（b）从下到上，MB（1mM）在不同浓度（0.5、1、3和5％）AgNPs负载PMMA/ZnO-Ag NF垫上的SERS光谱。（c）沉积在PMMA/ZnO-Ag NF垫（蓝线）和PMMA/ZnO NF垫（红线）上的4-硝基苯酚（1mM）的SERS光谱。

图7.（a）在PMMA/ZnO-Ag NF垫上探测到的不同浓度MB（从100μM到1nM）的SERS光谱。（b）SERS强度与MB浓度的关系。（c）滴铸在PMMA/ZnO-Ag NF垫上的MB（2μL，1mM）的SERS光谱。在重复使用四个循环之前，使用紫外线辐照垫子45分钟以进行自清洁。（d）随着自清洁循环次数的增加，SERS信号强度在1625cm-1处的变化。

图8.NF垫的抗菌活性；（a）不同类型和不同Ag浓度的NF垫的抗菌活性；（b）不同数量PMMA/ZnO-5％AgNF垫的抗菌活性。