随着全球能源消耗的持续增长，建筑供暖与制冷造成的能耗已占居民能耗的51%左右，而个人可穿戴热管理技术为实现高效、节能的温度调控提供了新思路。光热管理纺织品能够将光能迅速转化为热能，具有可持续、低碳的显著优势，但其核心材料——共价有机框架（COFs）在实际应用中常因质子化不稳定、光热转换效率不足而受限，难以满足户外个人热管理的实际需求。

近日，浙江工业大学彭永武特聘研究员、北京航空航天大学李景教授提出了一种突破性策略：通过模拟蛋白质中二硫键的稳定机制，开发出聚酸质子化共价有机框架（PaCOFs），实现了高达77.8%的光热转换效率，并成功将其集成于双模式热管理纺织品中，在阳光下可实现辐射降温约7.2°C与太阳加热约10.1°C的显著效果。相关论文以“Polyacid-Protonated Covalent Organic Frameworks Enable Stable and Efficient Photothermal Textiles”为题，发表在JACS上。

研究团队从自然界中极端微生物利用二硫键维持高温稳定性的机制中获得灵感（图1a），设计了一种仿生质子化策略：将二巯基丁二酸（DMSA）在COF孔道中原位聚合，形成动态二硫键交织的聚酸网络，从而牢固稳定质子化状态（图1b）。这种聚酸质子化COFs（PaCOFs）在多种有机环境和高温下均表现出优异的质子化稳定性，同时保持了材料的结构完整性与结晶度。

图1. 共价二硫键增强COFs的热稳定性

通过粉末X射线衍射、X射线光电子能谱、傅里叶变换红外光谱等表征手段（图2a-d），研究证实了PaCOFs的成功制备与稳定质子化。其固态紫外-可见漫反射光谱显示吸收边延伸至近红外区域（图2d），带隙从2.19 eV显著缩小至1.55 eV（图2e），分子轨道分布表明质子化后电子离域增强（图2f），这为其高效光热转换奠定了电子结构基础。

图2. TTPA-COF与Pa-TTPA-COF的结构与电子表征

在光热性能测试中（图3），PaCOFs在808 nm激光照射下表现出快速而强烈的温升，光热转换效率高达77.8%，远超普通COFs（43.3%）及多数文献报道的光热材料（图3f）。材料在不同功率密度下表现出线性温升响应（图3c, d），并在多次循环后保持稳定的光热性能（图3e），显示出优异的可靠性和环境适应性。

图3. Pa-TTPA-COF的光热性能与机制

为进一步推向应用，研究团队将PaCOFs与聚氨酯（PU）结合，通过静电纺丝技术制备出可拉伸的光热纺织品（图4b）。该纺织品在模拟太阳光的氙灯照射下表现出显著且可控的温升（图4c），即使在被拉伸至150%应变时，其光热性能依然稳定（图4d）。户外实测结果表明（图4e, f），该纺织品在自然光照下温度明显高于普通PU织物与环境温度，展现出优异的实际应用潜力。

图4. 可拉伸Pa-COF基纺织品的制备与光热性能

最终，研究构建了一种双模式Janus织物（图5a），一面为PaCOFs-PU用于吸热，另一面为高反射PU用于散热。该织物在太阳照射下可实现高效的加热与冷却双重调控（图5c, d），实际穿着测试中，与普通衣物相比，其加热面温差可达约10.1°C，冷却面可实现约7.2°C的降温效果（图5f），为应对不同季节与气候条件下的个人热管理提供了创新解决方案。

图5. 用于个人热管理的不对称结构双模式Janus纺织品

本研究通过仿生设计成功开发出具有超强稳定性和高效光热转换性能的聚酸质子化COFs，并进一步将其集成于可穿戴纺织品中，实现了双模式智能热管理。该突破不仅推动了共价有机框架在光热领域的实用化进程，也为未来柔性可穿戴设备在个人热舒适与节能方面的应用开辟了新的道路。

（来源：高分子科学前沿）