植物多酚, 又称单宁, 是自然界中广泛存在且仅次于纤维素、半纤维素和木质素的第四大植物生物质资源. 数百年来, 其一直作为鞣剂应用于制革工业中, 尚缺乏高端及精细化工领域的研究. 植物多酚特有的邻苯二酚/连苯三酚结构能与不同基底材料形成多重相互作用力, 因此利用植物多酚与金属离子配位构建的金属多酚网络可作为一种新型表界面功能化手段. 本文概括性地介绍了多酚生物质材料的发展, 以及作者课题组以多酚作为骨架分子构建新型功能材料体系的相关研究工作, 聚焦其对微孔传质的强化及非均质生物界面传质过程的调控, 重点介绍该类生物质材料在水体贵重金属离子吸附、新型污染物去除、药物递送和细胞治疗领域的应用.

　　植物多酚(polyphenols), 又称单宁(tannins), 是一类广泛存在于自然界中含有多元酚结构的天然产物, 其全球年产量数以亿吨计, 是仅次于纤维素、半纤维素和木质素的第四大植物生物质资源 (图1a). 植物多酚具有较为活泼的化学性质, 人类最早对其有意识地利用是将其作为制革鞣剂(又名栲胶), 因此对植物多酚的科学认识与制革技术的发展也近乎同步. 例如, 植物多酚通过与胶原蛋白分子发生疏水键-多点氢键结合, 产生胶原纤维间的交联,增强了胶原的热稳定性和抗微生物侵蚀性, 被称为“植鞣”. 植物多酚具有较好的溶解性、较强的抗氧化性和抗菌抗病毒活性, 被广泛应用于各个领域. 例如, 在染整行业, 可用于水溶性染料的制备; 在食品工业, 可作为抗氧化剂延长产品的保质期; 在医疗卫生领域, 可作为抑菌剂抑制微生物生长; 在饲料行业, 可用于保护动物肠道健康、缓解腹泻等症状. 但是, 植物多酚作为一种大宗生物质资源和皮革化工产品, 其主要应用仍局限于制革工业, 在高端及精细化工领域的应用相对缺乏. 因此, 无论是从生物质资源可持续发展的角度, 还是从化工产业链拓展升级的角度, 亟需开展以植物多酚为核心的高值转化研究与跨领域应用探索.

　　近年来, 国内外学者开始广泛关注植物多酚的高值转化与前沿应用研究, 主要将多酚类化合物作为骨架分子构建功能材料, 采用的构筑方法包括氧化自聚合、生物大分子反应、层层自组装等. 通过与金属离子配位构建的金属多酚网络(metal-phenolic network,MPN)形成了一类具有代表性的新兴材料体系. MPN合成条件温和、生物相容性高、设计多样化, 这些优点使其展现出较大的应用潜力, 相关研究覆盖了环境、能源、一竞技登录分离、催化等多个领域, 特别是与化工相关的应用研究迅速增加, 呈现了多领域、多学科交叉的特点.

　　在化工领域中, 传质是体系中由于物质浓度不均匀而发生的质量转移过程. 传质在各种化工生产过程中至关重要, 如在反应器中提高反应效率、在分离设备中实现组分高效分离等. 研究表界面的微观作用机制, 并实现新型化工过程传质调控, 不仅能提升化工生产效率, 还在环境、能源、分离、催化等多个领域发挥重要作用. 植物多酚因其独特的邻苯二酚/连苯三酚结构, 能与各类物质(如金属离子、一竞技登录金属氧化物、无机化合物、高分子、蛋白质、多肽、核酸等)形成氢键、疏水键或配位键等多重相互作用力, 展现出较强的亲和性(图1b, c). 由此可见, 通过植物多酚与各类物质相作用, 可形成一种新型表界面功能化手段, 对传质过程的调控发挥重要作用.

　　基于此, 本文聚焦表界面传质调控的关键科学问题(图1d), 主要结合作者课题组近年来相关研究工作, 探讨了多酚生物质材料在吸附分离、药物递送和细胞治疗等交叉领域的应用. 本文旨在简要地介绍植物多酚高值转化研究的发展历程和最新进展, 从而展望其作为大宗生物质资源在新兴领域的跨学科应用前景和发展思路.

　　图 1 代表性植物多酚的结构及其对表界面传质的调控. (a) 代表性植物多酚结构式示意图. (b) 植物多酚独特分子结构及其多重作用力示意图. (c) MPN结构示意图. (d) 植物多酚构建功能化表面并实现表界面传质调控和多尺度非均质传质调控示意图

　　本文收录于《中国科学：化学》2025年第1期“生物质资源转化与利用专刊”.