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  隨著木質(zhì)素的化學結構和性質(zhì)的奧秘逐漸被揭開，其作為開發(fā)具有環(huán)境友好、高性能和多功能特性的刺激響應材料的多功能平臺而受到廣泛關注。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)素的廣泛化學反應性

木質(zhì)素材料的刺激響應性能主要通過兩種途徑實現(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、光和溫度響應性。隨著木質(zhì)素化學和材料技術的發(fā)展，越來越多的木質(zhì)素材料被合理設計用于智能應用，其中木質(zhì)素的作用對于實現(xiàn)高效性能至關重要。

  （2）通過化學反應由外部引入的功能特性。木質(zhì)素的額外功能是通過刺激響應分子和聚合物的組合實現(xiàn)的，這些分子和聚合物通過化學功能化策略整合到木質(zhì)素的主要結構中。

pH響應性能

圖4 木質(zhì)素作為刺激響應性納米載體

酶響應

  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，使木質(zhì)素表現(xiàn)出酶響應性能。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發(fā)出木質(zhì)素基農(nóng)用控釋殺菌劑。

光響應

  木質(zhì)素的共軛結構通過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，用于開發(fā)光刺激響應復合材料。

形狀記憶材料

圖6 木質(zhì)素基應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、可再生的副產(chǎn)物，不僅具有生物相容性、抗紫外、抗菌、抗氧化等獨特性能，而且擁有多種功能基團，可以通過化學改性制造出各種形式的先進材料。因此，木質(zhì)素在材料科學理論研究和實際應用中均顯示出了重要的意義。然而，目前木質(zhì)素原料用量及應用范圍有限，且開發(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：

  （1）木質(zhì)素來源于植物，生物與化學方法結合，如利用酶引發(fā)自由基介導的木質(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)素的刺激響應材料通常依賴于單一的環(huán)境刺激響應機制，木質(zhì)素固有的響應特性與化學改性的結合將有助于開發(fā)先進響應智能材料。

  （3）預處理、分離過程雖然會很大程度上破壞木質(zhì)素分子結構，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、分子解析技術、膠體化學將助力工業(yè)木質(zhì)素功能材料開發(fā)。

  （4）在木質(zhì)素材料的設計、開發(fā)、生產(chǎn)中仍需強調(diào)可循環(huán)、可回收、綠色化、低能耗和工藝簡化。

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

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