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常春雨课题组在《先进材料》上报道纳米纤维素制备新策略

神算子玄机心水资料论坛 :2024-02-03 16:20  来源:

近日,《先进材料》(Advanced Materials)发表了化学与分子科学学院常春雨教授课题组的最新研究成果,报道了纳米纤维素制备新策略。该研究关注纳米纤维素超分子结构的选择性拆分与重组,该方法产率高、能耗低,可获得长径比高达~1400的纳米纤维素。

论文题目为“Reversible Surface Engineering of Cellulose Elementary Fibrils: From Ultralong Nanocelluloses to Advanced Cellulosic Materials”,常春雨教授课题组硕士研究生周盟为论文第一作者,常春雨教授和武汉纺织大学陈东志教授为论文通讯作者,北京理工大学陈攀副教授和中国科学院化学研究所宋广杰副研究员为论文共同作者。

纤维素原纤维是由生物合成的纤维素链的超分子集合体,可为生物提供出色的机械支撑和结构功能。作为最接近原纤维形貌和结构特征的纳米材料,纤维素纳米纤维(CNF)被研究者们从天然纤维素中剥离出来以试图构建轻质高强度的多维宏观材料。尽管化学预处理结合机械均质化(例如TEMPO氧化法、高碘酸盐氧化法以及羧甲基化等)是目前剥离CNF的有效手段,但高的设备需求与能耗、原纤维形貌破坏(CNF长度显著降低)和结构影响(结晶度降低与不可逆的表面功能化)限制了纤维素材料组装和功能化方面的应用。因此,研究CNF的低能耗、高效率的制备方法与实现可调控的表面物理化学性质依然具有挑战性。

基于上述挑战,常春雨教授课题组提出以碱/极性有机溶剂体系LiOH/DMSO为纤维素的准溶剂,环酸酐为酯化试剂,实现了纤维素原纤维的自发剥离,进而形成个体化的CNFs。这一可逆的表面工程策略为从天然纤维素中剥离超高长径比CNFs提供了更加简易、高效的新思路,设计的准溶剂溶胀作用取代了传统机械处理,降低了整个过程的能量消耗、设备需求以及对CNFs的结构破坏。此外,利用酯基皂化反应的特性,CNFs之间静电斥力能够被完全消除,实现材料内部的氢键重组,显著增强宏观材料的结构强度。这使得CNFs从制备到组装具有更加广阔的应用前景,并为开发高强度、可持续的天然纤维素材料提供了一个平台。

该研究工作得到了国家自然科学基金、纺织新材料与先进加工技术国家重点实验室和神算子玄机心水资料论坛科研公众服务平台的支持。

文章地址:https://doi.org/10.1002/adma.202312220

课题组主页:https://www.x-mol.com/groups/Chang_cy

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