马里兰大学胡良兵教授今日Nature综述:深度解析原纤化纤维素作为一种可持续发展的材料

CYM 4年前 (2021-02-04) 7092浏览

【引言】

众所周知，离开化石燃料时代走向可持续的未来，将需要具有低甚至零碳净排放的高性能可再生材料。纤维素是地球上最丰富的生物聚合物，广泛存在于树木，农作物废物和其他生物质中，作为植物和某些藻类细胞壁以及细菌分泌的生物膜的结构成分而存在。除了作为潜在可持续材料的优势之外，纤维素还具有多种功能和源自其独特多维结构的转化应用。纤维素纤维可以分为直径不断减小的纤维（从小于100 µm到大约2-4 nm），这些纤维最终由有序的线性纤维素分子链组成。可以将包含纤维素的纤维分解为具有变化的，可控制的尺寸并延伸至纳米级的结构单元，称为原纤化纤维素。原纤化纤维素是从可再生资源中收获的，因此其可持续发展潜力与其他功能特性（例如，机械，光学，热和流体特性）相结合，赋予了这种纳米材料独特的吸引力。

近日，美国马里兰大学胡良兵教授（通讯作者）探索了原纤化纤维素的新兴应用潜力，尤其是作为现有技术材料的可持续和实用替代品。为了更加清楚的描述，使用术语“原纤化纤维素”来描述已分解成较小原纤维的纤维素纤维。原纤化纤维素在材料制造中的应用，从复合材料和宏观纤维到薄膜，多孔膜和凝胶。同时讨论了这些结构的实际开发的研究方向，以及在纤维纤维素材料能够充分发挥其潜力之前需要克服的剩余挑战。此外，原纤化纤维素比金属和石油基纳米材料便宜得多，并且可以工业规模生产，提供额外的经济优势。预计原纤化纤维素的加速采用，将促进石油基产品向生物基产品的转变，以支持更可持续的循环经济。最后，作者重点介绍了成功扩大这一系列材料制造规模的一些关键问题。相关研究成果以“Developing fibrillated cellulose as a sustainable technological material”为题发表在Nature上。

【图文导读】

图一、原纤化纤维素的概述