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  光熱彈性體可以通過光熱轉換實現精準的非接觸控制，為光能利用和智能材料發展提供了一個新方向。傳統的光熱轉化介質存在成本昂貴、或光熱轉化效率偏低、或具有生物毒性等問題，開發新的綠色高效生物質基光熱材料是提高光熱彈性體環境友好性、促進碳中和的重要途徑。工業木質素是制漿造紙的大宗副產物，成本低、綠色無毒可降解，因其分子結構復雜、易團聚等缺點，目前高值化利用率很低。挖掘利用木質素的光熱轉換功能，對于木質素的高值化利用具有重大意義。

圖1 木質素光熱轉換效應及其在智能彈性體中的應用場景

  近日，華南理工大學劉偉峰、廣東工業大學邱學青團隊和東北林業大學陳志俊合作，系統考查了不同木質素的光熱效應，提出木質素的光熱轉換機理：在可見光或近紅外光照射下，木質素分子結構中的共軛結構和分子堆積能降低電子躍遷能壘，促進電子從低能態軌道向高能態軌道躍遷，木質素的分子量越低、極性官能團含量越高、分子間作用力越強，其分子中的共軛效益也越強，越能促進其對光能的吸收和電子躍遷，而木質素吸收的光能主要以非輻射躍遷（主要是熱能）的形式釋放，因而產生光熱效應。研究表明，木質素具有高效的光熱轉換能力，在808 nm、1.25 W cm^-2的近紅外照射下，光熱溫度超過280 ℃（圖2），光熱轉換效率可達53.7%，完全可與傳統貴金屬光熱介質（如納米金）、碳基光熱介質（如炭黑、石墨烯）、共軛有機光熱介質等相媲美，甚至還更優。

  將木質素和聚乙烯彈性體（POE）通過熔融共混制備木質素/聚烯烴復合材料，開發出基于木質素光熱效應的一系列功能應用，如光熱驅動的智能形狀記憶、光熱自愈合（拉伸性能自愈合率達98.2%）、光-熱-電能/機械能轉換、光熱抗菌等（參見圖1），彰顯出木質素光熱轉換能力的巨大應用前景，開辟了木質素在光熱智能高分子材料中的高值應用。

圖2 木質素的光熱數據、光熱穩定性、轉換機理及磷光熒光光譜

  這項工作的意義在于：

  1. 發現并挖掘了木質素的光熱轉換功能，揭示木質素的共軛結構能有效促進電子從低能軌道向高能軌道的躍遷，木質素吸收的可見光或近紅外光能主要以非輻射躍遷的形式釋放。

  2. 開辟了木質素光熱功能在智能高分子材料中的新應用，如光熱驅動的智能形狀記憶、光熱自愈合、光-熱-電/機械轉換、光熱抗菌等，對推動木質素的高值化利用具有重要意義。

  相關成果以“Lignin: sustainable photothermal block for smart elastomers”為題，近期發表在 Green Chemistry上。華南理工大學化學化工學院碩士生李錦興為論文第一作者，華南理工大學劉偉峰和東北林業大學陳志俊為論文共同通訊作者，廣東工業大學邱學青教授為該研究團隊帶頭人。成果得到國家自然科學基金項目（22038004, 22078116）、廣東省重點研發計劃（2020B1111380002）、廣東省自然科學基金項目（2021A1515010121, 2019A1515012154）等資助。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1039/D1GC03571A

  近年來，廣東工業大學邱學青和華南理工劉偉峰團隊專注于木質素在高分子材料中的高值利用研究，充分挖掘木質素本身的結構特點和功能特性，通過原位界面改性，在木質素與高分子相界面間構建動態鍵提高界面相容性，制備了一系列高性能的木質素改性橡膠及聚氨酯功能彈性體復合材料，可實現木質素對傳統炭黑填料一半以上的替代，可實現木質素替代傳統塑料相、制備出以木質素為塑料相的熱塑性彈性體復合材料，甚至還可以實現木質素增強傳統橡膠的智能化制備人工肌肉彈性體，還能實現木質素部分替代石油基長鏈醇合成聚氨酯彈性體，并能利用純工業木質素實現對聚氨酯泡沫的阻燃，獲得了系列授權發明專利，歡迎交流合作共同進步，推動木質素的高值利用。

1. Lignin: sustainable photothermal block for smart elastomers. Green Chemistry 2021. https://doi.org/10.1039/D1GC03571A

2. Biomimetic High Performance Artificial Muscle Built on Sacrificial Coordination Network and Mechanical Training Process. Nature Communications 2021, 12, 2916. https://doi.org/10.1038/s41467-021-23204-x

3. High Performance Thermoplastic Elastomers with Biomass Lignin as Plastic Phase: ACS Sustainable Chem. Eng. 2019, 7, 6550–6560. https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acssuschemeng.8b04936

4. Pristine lignin as a flame retardant in flexible PU foam. Green Chemistry 2021, 23, 5972-5980. https://doi.org/10.1039/D1GC01109J

5. High-Performance Lignin-Containing Polyurethane Elastomers with Dynamic Covalent Polymer Networks. Macromolecules, 2019, 52(17), 6474-6484.

https:// doi.org/10.1021/acs.macromol.9b01413