211高校本科生科研团队自主设计合成多种新型卟啉高分子材料，解决环氧树脂易燃易脆缺陷

然而，EP的易燃性和脆性问题严重制约其应用和发展，成为威胁公共安全和产业升级的“隐形炸弹”。其燃烧时释放的剧烈热量和有毒气体对人员逃生和消防救援构成双重威胁，而其固有脆性则导致在极端应力条件下易发生微裂纹扩展，引发结构失效。这些问题不仅威胁生命财产安全，还对高端制造业的技术突破形成“卡脖子”难题。

为攻克这一难题，中国地质大学(武汉)工程学院本科生科研团队聚焦安全材料与安全工程领域的研究方向，设计合成多种新型金属卟啉有机框架衍生物，作为高效阻燃增韧剂添加进环氧树脂基体，实现环氧树脂阻燃增韧双性能提升。这一创新成果为环氧树脂的改性研究提供了全新思路，也为安全材料领域的技术突破奠定了重要基础。

突破性进展：阻燃增韧协同创新，助力环氧树脂性能升级

2023年10月，中国地质大学(武汉)工程学院2021级本科生张佳乐在第十一届环氧树脂产业发展论坛上发现，环氧树脂材料的易燃易脆问题极大限制了其应用与发展。通过调研和文献查阅，他意识到目前环氧树脂改性研究中存在一个关键难题：如何在提升阻燃性能的同时兼顾增韧效果。

在导师周克清教授的指导下，张佳乐决定以卟啉为框架材料进行改性研究，并组建了金属卟啉研究团队。经过一年半的不懈努力，团队通过上百次的理论讨论和数千次的实验探索，成功设计合成了三种金属卟啉有机框架衍生物：MTPD-Fe@SiO2、MTPD-Fe@PZS和MTPD-FeMg@PANI纳米杂化物。这些材料显著提升了环氧树脂的阻燃增韧效果，为环氧树脂的改性研究提供了全新思路。

创新机制：多元素协同，实现高效阻燃增韧

本研究以金属卟啉有机框架为研究对象，通过巧妙设计，实现了在其表面原位生长二氧化硅、聚膦腈和聚苯胺等纳米粒子，构建了P-N-Fe多元素协同阻燃体系。该体系通过过渡金属的催化炭化作用、致密炭层的物理屏障作用、含磷自由基的捕获效应以及不可燃气体的稀释作用，实现了在极低添加量(2 wt%)下赋予环氧树脂复合材料优异的阻燃抑烟性能和增韧性能。

实验数据显示，添加2 wt%的改性材料后，环氧树脂复合材料的热释放率峰值降低44.5%，总烟释放量降低28.1%，CO释放率峰值降低73.6%。同时，得益于分子间π-π堆叠相互作用形成的物理网络结构，复合材料的拉伸强度提升34.5%，弯曲模量提升66.1%，断裂伸长率提升38.4%。这一突破性成果为解决环氧树脂复合材料的易燃易脆问题提供了全新思路，并为环氧树脂的进一步应用拓展奠定了坚实基础。

安全价值：为安全材料与安全工程提供新方向

这一创新成果不仅解决了环氧树脂材料在安全性能上的“短板”，还为安全材料与安全工程领域的技术突破提供了重要参考。通过提升环氧树脂的阻燃性和韧性，这项技术显著降低了材料在极端环境下的安全隐患，为建筑、电子、汽车及航空航天等领域的安全应用提供了有力支持。

团队成员表示，将继续深入探索卟啉高分子材料的潜在应用，拓展其在其他功能材料领域的可能性，为我国在高性能材料领域的自主创新能力提升贡献力量，为社会创造更大的安全价值。

“科研一直在路上。”张佳乐说道。在两年期间，金属卟啉研究小组的6位本科生以第一作者身份发表3篇SCI论文，以第二作者发表3篇SCI论文，另有1篇文章正处于审稿阶段，其中最高影响因子高达11.2，同时申请国家发明专利5项，主持大学生创新创业训练项目6项。他们用亮眼的成绩，打破了人们对本科生科研能力的固有认知，诠释了青春与科研的深度碰撞。