聚合物材料在工业和日常生活中得到广泛应用。随着全球经济的发展，聚合物产品的生产和消费持续增长，为高科技和前沿产业奠定了重要基础[1]。然而，由于聚合物产品不易降解，它们常常成为环境污染的来源并对人类健康构成威胁。以最常用的聚合物材料塑料为例，塑料废物通过多种方式造成污染，如白色污染、破坏土壤渗透性以及通过食物链导致微塑料的生物累积[2]、[3]。因此，为了减轻塑料废弃物带来的威胁，推广可降解聚合物的大规模应用已成为当务之急[3]。
聚乙烯醇（PVA）作为一种合成可降解聚合物，因其出色的成膜能力、阻隔性能、光学性能和生物相容性而在生命科学、柔性显示和先进包装等领域获得了广泛关注[4]。然而，科学技术的不断进步导致了对高性能聚合物材料需求的增加。目前，PVA急需在机械强度、自修复能力和降解速率方面进一步提升，以扩展其应用领域[5]、[6]。
通过将PVA与易于降解的天然聚合物（如淀粉（ST）混合，可以提高其降解速率。然而，关键的挑战在于同时改善其机械强度和自修复性能。目前，添加纳米填料是最常见且有效的增强聚合物机械强度的方法。例如，陈和黄等人将氧化石墨烯分散在PVA中，仅添加0.7%重量的氧化石墨烯，就实现了拉伸强度提高76%和杨氏模量提高62%的效果[7]。常用的聚合物纳米填料包括二氧化硅、碳纳米管、石墨烯等。近年来，作为一种新型二维过渡金属碳化物/氮化物材料，MXene因其独特的结构和优异的性能而在聚合物复合材料中展现出巨大潜力[8]、[9]。尽管单层或少层MXene性能出色，但其复杂的合成路线和高生产成本限制了其在聚合物复合材料中的大规模应用。通常，纳米填料的加入会增加复合材料的粘度，从而限制聚合物链的移动性[10]、[11]。聚合物链的移动性是聚合物材料自修复过程的基础[12]。因此，用纳米填料增强聚合物材料最终会牺牲其自修复性能。此外，由于纳米填料的高表面能和尺寸效应，它们在聚合物基体中容易聚集，这些聚集体会形成填料网络，包裹聚合物链，使聚合物链失去移动性，进一步降低聚合物复合材料的自修复性能。纳米填料的有机表面修饰是一种有效方法，可以显著提高纳米填料与聚合物链之间的相容性，从而有效降低复合材料的粘度[13]、[14]。此外，由于表面能的降低，纳米填料的聚集也得到有效抑制。最终，有机表面修饰不仅改善了聚合物基体与纳米填料之间的界面应力传递效果，增强了纳米填料的增强效果，还减轻了对聚合物复合材料自修复性能的损害。然而，以往研究中使用的表面修饰剂存在合成过程复杂、生物安全性和生物相容性存疑以及成本较高的问题。此外，修饰过程通常需要有机溶剂，而这些修饰剂不可降解，这不仅对环境造成影响，也限制了它们在生命科学和食品包装等领域的应用。例如，最常用的表面修饰剂（如硅烷和钛酸盐偶联剂）具有一定毒性，其长期生物安全性仍不明确[15]、[16]。因此，在温和条件下开发一种简便、安全的纳米填料表面修饰方法，使用生物安全且低成本的修饰剂，仍然是绿色和高性能材料领域的一项挑战性任务。
天然多酚是仅次于纤维素、半纤维素和木质素的第四大丰富的植物生物质[17]，具有优异的抗氧化活性、紫外线抗性和良好的生物安全性。人类最早有意识地利用天然多酚是在皮革制造中作为鞣剂。然而，尽管是一种大量的生物质资源，植物多酚的主要应用仍然局限于皮革产业，在高端和精细化工领域的应用相对有限。因此，从可持续生物质资源利用和化学工业链的扩展/升级的角度出发，迫切需要开展基于天然多酚的增值转化研究，并探索其跨学科应用。由于天然多酚富含羟基，它们可以容易地与纳米填料和聚合物（如PVA和ST）形成氢键相互作用，使其成为制备高性能聚合物复合材料的理想纳米填料修饰剂[18]、[19]。迄今为止，关于利用天然多酚作为纳米填料修饰剂以增强聚合物与无机纳米颗粒之间界面相互作用的研究还很有限。更重要的是，小分子多酚作为纳米填料修饰剂时仍存在局限性。非共价修饰方法往往由于这些天然多酚修饰剂的分子量低而导致其从聚合物基体中迁移和渗出，影响最终聚合物复合材料的长期稳定性。相反，共价修饰方法通常需要苛刻的反应条件，经常涉及有机溶剂，并可能破坏纳米填料的表面结构，这与绿色和可持续化学的原则相悖。
为了解决上述挑战并实现天然多酚的高价值利用，本研究采用一种水相制备方法，促进了天然多酚鞣花酸（EA）在成本效益高的多层MXene表面的亲水驱动自组装和自聚合。这一过程生成了通过氢键和配位键固定在MXene表面的类纳米片状EA聚合物（PEA），从而一步制备出了功能化的MXene（MX-PEA）。与原始MXene相比，富含酚羟基的MX-PEA不仅可以与PVA/ST基体形成密集的氢键，从而增强界面相互作用，而且由于其表面负载的酚类纳米片，还能显著增加比表面积，在机械载荷下提高应力传递效率[20]。这种协同作用实现了混合物的协同增强，同时赋予最终的PVA/ST/MX-PEA复合材料出色的自修复性能，自修复后的拉伸强度保留了95%。此外，PVA/ST/MX-PEA复合材料还表现出优异的抗氧化能力和紫外线屏蔽性能。由于其制备简单且各项性能得到平衡提升，该复合材料在生命科学、柔性显示和先进包装等领域展现出广泛的应用前景。
