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浙理工余厚詠教授團(tuán)隊(duì) AFM：解碼溶劑驅(qū)動(dòng)纖維素基材料的發(fā)展
2025-03-10  來(lái)源：高分子科技

  從古代造紙術(shù)的發(fā)明到現(xiàn)代在紡織、醫(yī)藥、食品、納米技術(shù)等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用，纖維素基材料的發(fā)展體現(xiàn)了人類對(duì)可再生資源的不斷探索和利用。作為地球上最豐富的可再生碳源（年產(chǎn)量超千億噸），纖維素基材料已突破傳統(tǒng)紡織領(lǐng)域，在組織工程支架、柔性傳感基材、綠色包裝材料等前沿領(lǐng)域引發(fā)顛覆性變革。這一跨越兩千年的技術(shù)躍遷，始終圍繞一個(gè)核心命題展開(kāi)：如何突破纖維素致密氫鍵網(wǎng)絡(luò)的溶劑化瓶頸。因此，纖維素基材料的生產(chǎn)開(kāi)發(fā)高度依賴于能夠解構(gòu)和再生纖維素的特定溶劑，本質(zhì)上是其多級(jí)結(jié)構(gòu)（從微纖絲束到分子鏈段）的動(dòng)態(tài)重構(gòu)（圖1、2），但基于結(jié)構(gòu)解構(gòu)和再生的纖維素基材料的溶劑、加工技術(shù)和應(yīng)用開(kāi)發(fā)仍需進(jìn)一步研究和突破。


  近期，浙江理工大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院余厚詠教授團(tuán)隊(duì)以天然纖維素為基礎(chǔ)，提出纖維素溶劑“物理解構(gòu)、化學(xué)衍生與物化交聯(lián)”的三種溶解機(jī)制（圖3、4），綜述了纖維素基材料從“出生”（溶解與改性）到“死亡”（回收與降解）的全生命周期（圖5）。重點(diǎn)介紹了纖維素基材料的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、溶劑體系、改性方法與降解性能，并基于纖維素溶劑討論了生命周期評(píng)估方法，以完善評(píng)價(jià)體系，進(jìn)一步展示纖維素基材料的環(huán)境友好性和潛在應(yīng)用。最后，深度剖析纖維素基材料研發(fā)核心壁壘，以期指引未來(lái)十年生物基革命創(chuàng)新路徑。



  該工作以“Recent Advances in Green and Efficient Cellulose Utilization Through Structure Deconstruction and Regeneration”為題發(fā)表在《Adv. Funct. Mater.》上（Adv. Funct. Mater. 2025, 2424591.）。文章第一作者是浙江理工大學(xué)2023級(jí)博士生黃程玲。該研究得到國(guó)家自然科學(xué)基金委面上項(xiàng)目、浙江省杰出青年項(xiàng)目的支持。


圖1. 纖維素溶劑（上）與纖維素基材料（下）的發(fā)展歷史。


圖2. 纖維素的來(lái)源與結(jié)構(gòu)特征


圖3. 通過(guò)物理解構(gòu)實(shí)現(xiàn)纖維素的結(jié)構(gòu)解構(gòu)。


圖4. 通過(guò)化學(xué)衍生（a-b）與物化交聯(lián)（d-e）實(shí)現(xiàn)纖維素的結(jié)構(gòu)解構(gòu)。


圖5. 纖維素基材料與石油基塑料的生命周期評(píng)估對(duì)比


  該項(xiàng)工作基于余厚詠教授團(tuán)隊(duì)十余年來(lái)在纖維素溶劑與天然纖維素功能改性領(lǐng)域的深耕，團(tuán)隊(duì)目前已形成低溫限域溶劑體系（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 30, 11620–11630）、有機(jī)/無(wú)機(jī)混酸溶解體系（ACS Nano 2024, 18, 12, 8754–8767）與綠色無(wú)機(jī)鹽溶解體系（ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 50, 18446–18454、Green Chem., 2023,25, 1453-1463），基于上述溶劑體系開(kāi)發(fā)新型纖維素功能材料，并在智能傳感（Adv. Mater. 2024, 37, 2406054、Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2305328.）、節(jié)能減碳（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2409813、Compos. Sci. Technol. 2024, 258, 110886.）、綠色包裝（J. HAZARD. MATER. 2025, 480, 136101、Chem. Eng. J. 499, 156328.）等應(yīng)用領(lǐng)域進(jìn)行深化研究。


  以天然生物聚合物替代石油基聚酯是全球經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的總體趨勢(shì)。纖維素基材料由于其生物相容性與天然結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)而成為一種新型的先進(jìn)材料。如今，纖維素基材料被應(yīng)用于食品、交通、醫(yī)藥、電子、儲(chǔ)能等眾多領(lǐng)域，以及許多其他日常應(yīng)用。該綜述系統(tǒng)揭示了制約纖維素基材料產(chǎn)業(yè)化的多維度瓶頸，以展望這一新興領(lǐng)域的未來(lái)前景。


  原文鏈接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202424591

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（責(zé)任編輯：xu）
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