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  隨著木質(zhì)素的化學(xué)結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的奧秘逐漸被揭開(kāi)，其作為開(kāi)發(fā)具有環(huán)境友好、高性能和多功能特性的刺激響應(yīng)材料的多功能平臺(tái)而受到廣泛關(guān)注。盡管已有大量的工作聚焦于木質(zhì)素的高值化利用，但木質(zhì)素的多種優(yōu)異性質(zhì)仍未被充分利用，相當(dāng)大比例的木質(zhì)素仍然被用于焚燒。

圖3 木質(zhì)素的廣泛化學(xué)反應(yīng)性

木質(zhì)素材料的刺激響應(yīng)性能主要通過(guò)兩種途徑實(shí)現(xiàn)：

  （1）由自然界靈感激發(fā)的木質(zhì)素自身功能特性。木質(zhì)素的固有功能包括pH、酶促、氧化還原、氣體、光和溫度響應(yīng)性。隨著木質(zhì)素化學(xué)和材料技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的木質(zhì)素材料被合理設(shè)計(jì)用于智能應(yīng)用，其中木質(zhì)素的作用對(duì)于實(shí)現(xiàn)高效性能至關(guān)重要。

  （2）通過(guò)化學(xué)反應(yīng)由外部引入的功能特性。木質(zhì)素的額外功能是通過(guò)刺激響應(yīng)分子和聚合物的組合實(shí)現(xiàn)的，這些分子和聚合物通過(guò)化學(xué)功能化策略整合到木質(zhì)素的主要結(jié)構(gòu)中。

pH響應(yīng)性能

圖4 木質(zhì)素作為刺激響應(yīng)性納米載體

酶響應(yīng)

  一些氧化還原酶可氧化木質(zhì)素分子中的酚羥基形成自由基，從而發(fā)生一系列自發(fā)的偶聯(lián)和裂解反應(yīng)，使木質(zhì)素表現(xiàn)出酶響應(yīng)性能。由于很多病原真菌可分離出木質(zhì)素降解酶，因此研究人員利用該性能開(kāi)發(fā)出木質(zhì)素基農(nóng)用控釋殺菌劑。

光響應(yīng)

  木質(zhì)素的共軛結(jié)構(gòu)通過(guò)π-π堆疊表現(xiàn)出較高效的光熱轉(zhuǎn)化性能，這使木質(zhì)素有望成為一種極具應(yīng)用前景的綠色生物基光熱材料。研究人員已將堿木質(zhì)素、硫酸鹽木質(zhì)素等作為填料，用于開(kāi)發(fā)光刺激響應(yīng)復(fù)合材料。

形狀記憶材料

圖6 木質(zhì)素基應(yīng)變傳感器和形狀記憶材料

  木質(zhì)素作為纖維素工業(yè)的一種產(chǎn)量巨大、廉價(jià)、可再生的副產(chǎn)物，不僅具有生物相容性、抗紫外、抗菌、抗氧化等獨(dú)特性能，而且擁有多種功能基團(tuán)，可以通過(guò)化學(xué)改性制造出各種形式的先進(jìn)材料。因此，木質(zhì)素在材料科學(xué)理論研究和實(shí)際應(yīng)用中均顯示出了重要的意義。然而，目前木質(zhì)素原料用量及應(yīng)用范圍有限，且開(kāi)發(fā)高性能、高附加值木質(zhì)素基材料仍存在挑戰(zhàn)。本文提出如下觀點(diǎn)：

  （1）木質(zhì)素來(lái)源于植物，生物與化學(xué)方法結(jié)合，如利用酶引發(fā)自由基介導(dǎo)的木質(zhì)素生物合成生產(chǎn)環(huán)保聚合物具有很大的前景。

  （2）基于木質(zhì)素的刺激響應(yīng)材料通常依賴于單一的環(huán)境刺激響應(yīng)機(jī)制，木質(zhì)素固有的響應(yīng)特性與化學(xué)改性的結(jié)合將有助于開(kāi)發(fā)先進(jìn)響應(yīng)智能材料。

  （3）預(yù)處理、分離過(guò)程雖然會(huì)很大程度上破壞木質(zhì)素分子結(jié)構(gòu)，但可能賦予木質(zhì)素新的功能性。因此，創(chuàng)新發(fā)展提取技術(shù)、分子解析技術(shù)、膠體化學(xué)將助力工業(yè)木質(zhì)素功能材料開(kāi)發(fā)。

  （4）在木質(zhì)素材料的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、生產(chǎn)中仍需強(qiáng)調(diào)可循環(huán)、可回收、綠色化、低能耗和工藝簡(jiǎn)化。

  總之，木質(zhì)素材料尤其是響應(yīng)材料這一前沿課題需要多學(xué)科領(lǐng)域的交叉合作。挖掘木質(zhì)素的功能特性并實(shí)現(xiàn)材料性能轉(zhuǎn)化，不僅可帶動(dòng)傳統(tǒng)傳統(tǒng)工業(yè)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型升級(jí)，而且可以為先進(jìn)材料的研發(fā)提供可持續(xù)、綠色原料平臺(tái)。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.trechm.2023.12.001