随着全球温室效应的加剧，实现“碳中和”已成为国际社会的共识[1]、[2]。可再生能源的部署，特别是太阳能光伏（PV）发电，因其清洁性和普遍可用性而成为全球能源转型的基石[3]、[4]、[5]、[6]。然而，光伏盖板的光学性能常常因长期户外暴露而受到灰尘、有机污染物和大气气溶胶的积累而受损[7]、[8]、[9]。这些污染物会导致严重的光散射和吸收，从而大幅降低功率转换效率（PCE）——在干旱地区，这一下降幅度有时可超过70%[10]、[11]、[12]。传统的清洁方法，如手动清洁或机械刷洗，因耗水量大以及可能对玻璃基材造成不可逆的磨损而受到越来越多的质疑[13]、[14]。因此，迫切需要开发兼具高透明度、机械耐久性和自主自清洁功能的多功能保护涂层[15]、[16]。
聚氨酯（PU）因其多样的机械性能和优异的粘附性而成为工业涂层的首选材料[17]、[18]、[19]。然而，传统的PU配方仍严重依赖化石来源的原料和有害的加工溶剂（例如N,N-二甲基甲酰胺或N-甲基-2-吡咯烷酮），这些物质对环境和健康构成重大风险[20]。为了符合绿色化学的原则，用生物质衍生的替代品取代石化多元醇已成为可持续发展的方向[21]、[22]。蓖麻油是一种天然甘油三酯，具有较高的羟基官能度，可以直接与异氰酸酯发生聚合反应，形成坚韧的三维网络[23]、[24]、[25]。此外，为了显著减少挥发性有机化合物（VOC）的排放，本研究创新地将生物基蓖麻油引入二甲异山梨醇（DMI）绿色溶剂体系中。通过将DMI与匀浆剂丙二醇单甲醚醋酸酯（PGMEA）结合，我们建立了一条可持续的加工路径，从源头上解决了环境问题。
为了赋予涂层先进的抗污功能，人们探索了传统的超疏水表面（SHS）；然而，它们的性能往往依赖于脆弱的微/纳米结构，在实际应用中容易发生机械损伤[26]、[27]、[28]、[29]。相比之下，通过共价接枝柔性分子刷构建的滑润液体状表面（SLS）提供了更可靠的替代方案[30]、[31]、[32]、[33]。在各种分子刷候选物中，聚硅氧烷衍生物常被固定在不同的聚合物基质中以制备这些先进涂层。硅氧烷主链特有的极低玻璃化转变温度（Tg）赋予接枝链高度动态的流动性[34]、[35]、[36]。这种结构设计将外部液滴与固体涂层之间的接触转变为类液-液界面，显著降低了接触角滞后（CAH）和滑动角度（SA），从而实现了对多种液体的优异防污性能[37]、[38]。然而，SLS设计中的一个持续挑战是在机械刚性和光学透明度之间的权衡：硅氧烷物种的相分离常常会导致雾度增加，而生物基基材的固有机械脆弱性限制了其工业耐久性[39]、[40]、[41]。
在这项工作中，我们提出了一种“绿色且坚韧”的设计理念，用于制备高度耐用的生物基SLS涂层。以蓖麻油和六亚甲基二异氰酸酯三聚体（HDIT）为主要成分，我们构建了一个包含三羟甲基丙烷（TMP）和高甲基醚化三聚氰胺甲醛树脂（HMMM）的协同双交联网络。TMP促进初始分支，而HMMM树脂作为多功能交联剂，与聚合物主链共价结合，有效固定了聚二甲基硅氧烷（PDMS）分子刷，构建了一个坚固的协同网络，增强了整体基材的刚性[42]、[43]。这种协同结构实现了99.3%的可见光透光率（500纳米处），并具有优异的化学侵蚀和机械磨损抵抗力。此外，该涂层的实际应用效果在模拟光伏场景中得到了验证：在模拟降雨后，它能够几乎完美地清除灰尘，并恢复超过95%的短路电流密度（J_SC），同时有效保持了光伏组件的功率转换效率，光学损失最小。这项工作不仅为太阳能基础设施提供了一种高性能的自清洁解决方案，还为开发多功能、低碳功能材料建立了可持续的范例。
