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浙理工余厚詠教授團隊 AFM:解碼溶劑驅動纖維素基材料的發(fā)展
2025-03-10  來源:高分子科技

  從古代造紙術的發(fā)明到現(xiàn)代在紡織、醫(yī)藥、食品、納米技術等領域的廣泛應用,纖維素基材料的發(fā)展體現(xiàn)了人類對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(年產量超千億噸),纖維素基材料已突破傳統(tǒng)紡織領域,在組織工程支架、柔性傳感基材、綠色包裝材料等前沿領域引發(fā)顛覆性變革。這一跨越兩千年的技術躍遷,始終圍繞一個核心命題展開:如何突破纖維素致密氫鍵網(wǎng)絡的溶劑化瓶頸。因此,纖維素基材料的生產開發(fā)高度依賴于能夠解構和再生纖維素的特定溶劑,本質上是其多級結構(從微纖絲束到分子鏈段)的動態(tài)重構(圖12),但基于結構解構和再生的纖維素基材料的溶劑、加工技術和應用開發(fā)仍需進一步研究和突破。


  近期,浙江理工大學紡織科學與工程學院余厚詠教授團隊以天然纖維素為基礎,提出纖維素溶劑“物理解構、化學衍生與物化交聯(lián)”的三種溶解機制(圖34),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)。重點介紹了纖維素基材料的結構特點、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估方法,以完善評價體系,進一步展示纖維素基材料的環(huán)境友好性和潛在應用。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2023級博士生黃程玲。該研究得到國家自然科學基金委面上項目、浙江省杰出青年項目的支持。


1. 纖維素溶劑(上)與纖維素基材料(下)的發(fā)展歷史。


2. 纖維素的來源與結構特征


3. 通過物理解構實現(xiàn)纖維素的結構解構。


4. 通過化學衍生(a-b)與物化交聯(lián)(d-e)實現(xiàn)纖維素的結構解構。


5. 纖維素基材料與石油基塑料的生命周期評估對比


  該項工作基于余厚詠教授團隊十余年來在纖維素溶劑與天然纖維素功能改性領域的深耕,團隊目前已形成低溫限域溶劑體系(J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 30, 1162011630)、有機/無機混酸溶解體系(ACS Nano 2024, 18, 12, 87548767)與綠色無機鹽溶解體系(ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 50, 1844618454Green Chem., 2023,25, 1453-1463),基于上述溶劑體系開發(fā)新型纖維素功能材料,并在智能傳感(Adv. Mater. 2024, 37, 2406054Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2305328.)、節(jié)能減碳(Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2409813Compos. Sci. Technol. 2024, 258, 110886.)、綠色包裝(J. HAZARD. MATER. 2025, 480, 136101Chem. Eng. J. 499, 156328.)等應用領域進行深化研究。


  以天然生物聚合物替代石油基聚酯是全球經(jīng)濟轉型的總體趨勢。纖維素基材料由于其生物相容性與天然結構優(yōu)勢而成為一種新型的先進材料。如今,纖維素基材料被應用于食品、交通、醫(yī)藥、電子、儲能等眾多領域,以及許多其他日常應用。該綜述系統(tǒng)揭示了制約纖維素基材料產業(yè)化的多維度瓶頸,以展望這一新興領域的未來前景。


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

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(責任編輯:xu)
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