近日，南京林業(yè)大學(xué)輕工與食品學(xué)院王志國教授研究團(tuán)隊在國際著名期刊《Materials Science and Engineering: R: Reports》發(fā)表了題為 “Deep eutectic solvents as a ‘multifunctional operating platform’ for nanocellulose production and modification: A review on sustainable composite advancements”的綜述論文。南京林業(yè)大學(xué)為第一完成單位，第一作者為輕工與食品學(xué)院博士研究生王少凝，通訊作者為輕工與食品學(xué)院王志國教授、Muhammad Wajid Ullah教授和化學(xué)工程學(xué)院范一民教授。

該研究團(tuán)隊聚焦生物質(zhì)資源高值化利用，并長期致力于新型綠色溶劑——低共熔溶劑（DES）體系下，開展林業(yè)生物質(zhì)原料的各組分高效分離、納米分散、功能改性及其先進(jìn)功能材料構(gòu)建等多方面研究。近期，該團(tuán)隊首次創(chuàng)新性地提將出DES體系作為‘多功能作業(yè)平臺’，實現(xiàn)纖維素原料的高效納米分散、功能化改性和復(fù)合材料構(gòu)建。在DES內(nèi)部，其氫鍵網(wǎng)絡(luò)有利于纖維素內(nèi)部頑固的氫鍵網(wǎng)絡(luò)發(fā)生氫鍵競爭，從而實現(xiàn)綠色、高效的纖維素納米分散。相較于傳統(tǒng)溶劑體系而言，DES在發(fā)揮提供反應(yīng)體系的基礎(chǔ)上，還能顯著增加纖維素表面羥基的可及性，并提供反應(yīng)性介質(zhì)，雙重作用的發(fā)揮大幅提升了納米纖維素功能化改性的效率，拓寬了改性種類的選擇范圍。通過巧妙地調(diào)整DES的種類以及預(yù)處理條件，可實現(xiàn)對納米纖維素微觀形貌和表面結(jié)構(gòu)的定制化生產(chǎn)，進(jìn)而促進(jìn)復(fù)合凝膠/彈性體材料中物理/化學(xué)鍵的構(gòu)建。DES不僅在纖維素預(yù)處理階段起到潤脹和改性作用，在復(fù)合凝膠/彈性體材料的構(gòu)建中往往可以作為高分子骨架網(wǎng)絡(luò)，提供離子導(dǎo)電性和氫鍵增韌的作用。納米纖維素的引入可顯著提升復(fù)合凝膠/彈性體力學(xué)、電學(xué)和穩(wěn)定性等，拓展了其在凝膠電解質(zhì)、離子傳感器、納米發(fā)電和3D打印等領(lǐng)域的應(yīng)用前景。

本綜述聚焦于DES作為納米纖維素制備、改性和應(yīng)用的新型‘多功能作業(yè)平臺’。DES體系高效破壞纖維素中的氫鍵網(wǎng)絡(luò)，增加表面羥基的可及性，并在溫和條件下實現(xiàn)高效的納米纖維素制備。通過調(diào)整DES組成和加工條件，可以靈活控制納米纖維素的微觀形貌，從而制備纖維素納米纖維（CNF）或纖維素納米晶體（CNC）。此外，DES還可通過“一鍋法”的制備策略實現(xiàn)納米纖維素的功能化改性（涵蓋酯化、陽離子化和接枝改性），這極大地簡化了傳統(tǒng)納米纖維素改性體系的復(fù)雜工藝，有效克服了傳統(tǒng)方法的工藝流程和環(huán)境友好的關(guān)鍵限制，為改性納米纖維素提供了更環(huán)保、更高效的途徑。同時，在復(fù)合凝膠、彈性體和膜材料中顯著增強(qiáng)了其機(jī)械性能、穩(wěn)定性和分散性，并對該領(lǐng)域在規(guī)模化生產(chǎn)及高性能先進(jìn)材料的未來發(fā)展方向進(jìn)行了概述。

該成果為DES體系下纖維素的高效納米分散、功能化改性和高值化應(yīng)用提供了全新的視角和科學(xué)支撐，同時強(qiáng)調(diào)了DES體系在纖維素從制備到應(yīng)用全過程下的積極作用，是綠色溶劑和生物質(zhì)材料高值化利用相結(jié)合的重要進(jìn)展，為相關(guān)領(lǐng)域的研究與實踐注入了新的活力。