纖維素作為一種天然綠色可再生資源，一直受到廣泛關注，但由于纖維素本身特殊的氫鍵網絡結構，難以溶于常規溶劑，導致纖維素在工業生產等領域的應用受到限制。因此如何將纖維素高效溶解一直是纖維素領域中的重要研究方向。LiCl/DMAC體系，NMMO體系、張麗娜院士等發明的堿尿體系和離子液體（ILs）等混合溶劑體系在纖維素溶解中得到廣泛應用，但是這些溶解體系的溶解條件較為苛刻。
近年來，纖維素溶解研究已發展為實現纖維素在室溫下快速溶解。南京林業大學蔡旭敏副教授與王飛教授最近發現四丁基氫氧化銨/二甲基亞砜（TBAH/DMSO）混合溶劑體系可在室溫下實現纖維素的高效溶解，并提出一種全新的纖維素溶解機理，即自由基反應引發纖維素在TBAH/DMSO混合溶劑體系中快速溶解，其溶解量與自由基含量成正比例相關。
圖1. 微晶纖維素在TBAH/DMSO混合溶劑體系中的溶解及其機理示意圖
圖2. 不同來源的纖維素原料在TBAH/DMSO混合溶劑體系中溶解效果圖
圖3. 纖維素在TBAH/DMSO混合溶劑體系中溶解機理示意圖，其中?代表自由基進攻纖維素還原端，?代表還原端處纖維素鏈打開及纖維素鏈分子間氫鍵遭到破壞
在傳統的溶解體系中的溶解機理一直認為纖維素溶解是由于纖維素羥基結構與溶劑中離子形成氫鍵結構，從而破壞纖維素本身分子間氫鍵網絡結構，實現纖維素的溶解。這類溶解理論也可以解釋為電子供體?受體配位效應，即溶劑體系中的陰陽離子可以作為電子供體或電子受體與纖維素羥基結合。該研究提出纖維素在TBAH/DMSO混合溶劑中的溶解機理是一種協同溶解作用，DMSO在強堿如TBAH存在下會產生少量自由基進攻纖維素還原端，引發自由基反應，導致纖維素有序結構遭到破壞，使纖維素分子間羥基結構暴露在TBAH/DMSO混合溶劑中，進而發生電子供體?受體配位效應，導致纖維素的溶解。
圖4. 不同條件下的ESR譜圖：藍色，新鮮配制TBAH/DMSO (WTBAH = 20%); 紅色，相同濃度TBAH/DMSO與自由基捕捉劑DMPO混合溶液
圖5. 不同濃度TBAH/DMSO混合溶劑與DPPH混合后在517nm下的吸收譜圖
研究成果近期發表于 ACS Sustainable Chemistry & Engineering雜志（DOI: 10.1021/acssuschemeng.7b04491），第一作者為南京林業大學化學工程學院碩士研究生陳曉同學，通信作者為南京林業大學蔡旭敏副教授和王飛教授。該研究得到國家自然科學基金（21601087），江蘇省優勢學科（PAPD）和江蘇省品牌專業（TAPP）的資助。
