近日,我院王志国教授研究团队在国际知名期刊《Materials Science and Engineering: R: Reports》(IF=31.6)发表了题为 “Deep eutectic solvents as a ‘multifunctional operating platform’ for nanocellulose production and modification: A review on sustainable composite advancements”的综述论文(链接: https://doi.org/10.1016/j.mser.2025.101025)。我校为第一完成单位,第一作者为我院博士研究生王少凝,通讯作者为我院王志国教授、Muhammad Wajid Ullah教授和化工学院范一民教授。
该研究团队聚焦生物质资源高值化利用,并长期致力于新型绿色溶剂——低共熔溶剂(DES)体系下,开展林业生物质原料的各组分高效分离、纳米分散、功能改性及其先进功能材料构建等多方面研究。近期,该团队首次创新性地提将出DES体系作为‘多功能作业平台’,实现纤维素原料的高效纳米分散、功能化改性和复合材料构建。
在DES内部,其氢键网络有利于纤维素内部顽固的氢键网络发生氢键竞争,从而实现绿色、高效的纤维素纳米分散。相较于传统溶剂体系而言,DES 在发挥提供反应体系的基础上,还能显著增加纤维素表面羟基的可及性,并提供反应性介质,双重作用的发挥大幅提升了纳米纤维素功能化改性的效率,拓宽了改性种类的选择范围。通过巧妙地调整 DES 的种类以及预处理条件,可实现对纳米纤维素微观形貌和表面结构的定制化生产,进而促进复合凝胶/弹性体材料中物理/化学键的构建。DES不仅在纤维素预处理阶段起到润胀和改性作用,在复合凝胶/弹性体材料的构建中往往可以作为高分子骨架网络,提供离子导电性和氢键增韧的作用。纳米纤维素的引入可显著提升复合凝胶/弹性体力学、电学和稳定性等,拓展了其在凝胶电解质、离子传感器、纳米发电和3D打印等领域的应用前景。
本综述聚焦于DES作为纳米纤维素制备、改性和应用的新型‘多功能作业平台’。DES 体系高效破坏纤维素中的氢键网络,增加表面羟基的可及性,并在温和条件下实现高效的纳米纤维素制备。通过调整 DES 组成和加工条件,可以灵活控制纳米纤维素的微观形貌,从而制备纤维素纳米纤维 (CNF) 或纤维素纳米晶体 (CNC)。此外,DES 还可通过“一锅法”的制备策略实现纳米纤维素的功能化改性(涵盖酯化、阳离子化和接枝改性),这极大地简化了传统纳米纤维素改性体系的复杂工艺,有效克服了传统方法的工艺流程和环境友好的关键限制,为改性纳米纤维素提供了更环保、更高效的途径。同时,在复合凝胶、弹性体和膜材料中显著增强了其机械性能、稳定性和分散性,并对该领域在规模化生产及高性能先进材料的未来发展方向进行了概述。。
总体而言,该成果为DES体系下纤维素的高效纳米分散、功能化改性和高值化应用提供了全新的视角和科学支撑,同时强调了DES体系在纤维素从制备到应用全过程下的积极作用,是绿色溶剂和生物质材料高值化利用相结合的重要里程碑,为相关领域的研究与实践注入了新的活力,也为未来的发展指明了方向。