北林马明国教授团队《Carbohyd. Polym.》：两种明星材料的碰撞 - 纳米纤维素/MOFs复合材料的应用

2023-01-21 来源：高分子科技

纳米纤维素作为碳水化合物聚合物中的明星纳米材料，具有优异的机械性能、生物可降解性和易于化学改性。金属有机框架材料（MOFs）作为无机-有机杂化材料中的明星材料，具有大的表面积、高孔隙率和可调节的结构。纳米纤维素和MOFs结合形成复合材料，是传统材料与新兴材料的复合，是有机材料与无机材料的复合，是一维材料和二维材料的复合，是拓展其多功能和多领域应用的理想策略，具有无限的可能，未来可期。两种明星纳米材料的碰撞将产生怎样的火花？

北京林业大学马明国教授团队在《Carbohydrate Polymers》上发表题为“Collaboration of two-star nanomaterials: The applications of nanocellulose-based metal organic frameworks composites”的论文，博士生麦田为第一作者。该论文重点介绍了纳米纤维素/MOFs复合材料的最新进展，主要综述了纳米纤维素/MOFs复合材料在污水处理、气体分离、能量储存和生物医学等领域中的应用。展望了纳米纤维素/MOFs复合材料存在的挑战和研究发展趋势。

图1. 纳米纤维素/MOFs复合材料的制备及应用

1、总结了纳米纤维素/MOFs复合材料的制备策略

具有不同形态和结构的纳米纤维素/MOFs复合材料的制备方法多种多样，通过不同制备方法可以制造出薄膜、水凝胶和气凝胶等多种形态的复合材料。本论文系统总结了纳米纤维素/MOFs复合材料的原位生长和异位复合等多种制备策略的优缺点。

Fig. 2. 纳米纤维素和MOFs的结构和类型.

2、阐述了纳米纤维素在复合材料中的重要作用

纳米纤维素在纳米纤维素/MOFs复合材料中，可以作为框架网络结构，以改善粉末性质的MOFs材料，从而进一步提升其灵活性和可加工性，并通过适当的结构设计拓展MOFs的应用领域。本论文详细阐述了纳米纤维素对纳米纤维素/MOFs复合材料的独特贡献和重要作用。

Fig. 3. 纳米纤维素/MOFs复合材料在水处理中的应用

3、总结了纳米纤维素/MOFs复合材料在多个领域的重要应用

本论文总结了纳米纤维素/MOFs复合材料在水处理、气体分离与净化、电池、超级电容器、药物递送、抗菌、氮肥缓释、电磁屏蔽以及发光材料等多个领域的重要应用。随着纳米纤维素/MOFs复合材料的进一步发展，新的应用领域不断涌现，包括催化、传感器件、生物医药等领域。

Fig. 4. 纳米纤维素/MOFs复合材料在能源领域中的应用

Fig. 5. 纳米纤维素/MOFs复合材料在生物医用领域中的应用

4、对纳米纤维素/MOFs复合材料的研究提出了展望

纳米纤维素/MOFs复合材料取得了长足的进步，以下几个方面需要进一步探索和研究：改善MOFs的缺点，例如稳定性；深入了解CNFs、CNCs和BC之间的不同特性，以开发基于纳米纤维素的MOFs；使用更多种类的有机框架材料构建基于纳米纤维素的有机框架复合材料，如HOF、COF、MCOFs和CCOFs；探索纳米纤维素与MOFs之间更详尽的相互作用机制；改善纳米纤维素/MOFs复合材料的性能；开发纳米纤维素/MOFs复合材料的更多应用；实现基于纳米纤维素/MOFs复合材料的大规模生产。

【文章链接】

Tian Mai, Dan-Dan Li, Lei Chen, Ming-Guo Ma*. Collaboration of two-star nanomaterials: The applications of nanocellulose-based metal organic frameworks composites. Carbohydrate Polymers, 2023, 302, 120359

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0144861722012644

【通讯作者简介】

马明国教授简介：北京林业大学材料科学与技术学院教授、博士生导师。已发表SCI收录论文100余篇，发表的论文被他人引用6000余次，单篇最高被引次数630，H-Index指数41，获授权发明专利14件，被邀请撰写综述论文34篇，参与编写英文专著章节14部。主要从事多功能柔性可穿戴智能纤维织物研究。

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（责任编辑：xu）

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