浙理工余厚咏教授团队 AFM：解码溶剂驱动纤维素基材料的发展

2025-03-10 来源：高分子科技

从古代造纸术的发明到现代在纺织、医药、食品、纳米技术等领域的广泛应用，纤维素基材料的发展体现了人类对可再生资源的不断探索和利用。作为地球上最丰富的可再生碳源（年产量超千亿吨），纤维素基材料已突破传统纺织领域，在组织工程支架、柔性传感基材、绿色包装材料等前沿领域引发颠覆性变革。这一跨越两千年的技术跃迁，始终围绕一个核心命题展开：如何突破纤维素致密氢键网络的溶剂化瓶颈。因此，纤维素基材料的生产开发高度依赖于能够解构和再生纤维素的特定溶剂，本质上是其多级结构（从微纤丝束到分子链段）的动态重构（图1、2），但基于结构解构和再生的纤维素基材料的溶剂、加工技术和应用开发仍需进一步研究和突破。

近期，浙江理工大学纺织科学与工程学院余厚咏教授团队以天然纤维素为基础，提出纤维素溶剂“物理解构、化学衍生与物化交联”的三种溶解机制（图3、4），综述了纤维素基材料从“出生”（溶解与改性）到“死亡”（回收与降解）的全生命周期（图5）。重点介绍了纤维素基材料的结构特点、溶剂体系、改性方法与降解性能，并基于纤维素溶剂讨论了生命周期评估方法，以完善评价体系，进一步展示纤维素基材料的环境友好性和潜在应用。最后，深度剖析纤维素基材料研发核心壁垒，以期指引未来十年生物基革命创新路径。

该工作以“Recent Advances in Green and Efficient Cellulose Utilization Through Structure Deconstruction and Regeneration”为题发表在《Adv. Funct. Mater.》上（Adv. Funct. Mater. 2025, 2424591.）。文章第一作者是浙江理工大学2023级博士生黄程玲。该研究得到国家自然科学基金委面上项目、浙江省杰出青年项目的支持。

图1. 纤维素溶剂（上）与纤维素基材料（下）的发展历史。

图2. 纤维素的来源与结构特征

图3. 通过物理解构实现纤维素的结构解构。

图4. 通过化学衍生（a-b）与物化交联（d-e）实现纤维素的结构解构。

图5. 纤维素基材料与石油基塑料的生命周期评估对比

该项工作基于余厚咏教授团队十余年来在纤维素溶剂与天然纤维素功能改性领域的深耕，团队目前已形成低温限域溶剂体系（J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 30, 11620–11630）、有机/无机混酸溶解体系（ACS Nano 2024, 18, 12, 8754–8767）与绿色无机盐溶解体系（ACS Sustainable Chem. Eng. 2020, 8, 50, 18446–18454、Green Chem., 2023,25, 1453-1463），基于上述溶剂体系开发新型纤维素功能材料，并在智能传感（Adv. Mater. 2024, 37, 2406054、Adv. Funct. Mater. 2023, 33, 2305328.）、节能减碳（Adv. Funct. Mater. 2024, 34, 2409813、Compos. Sci. Technol. 2024, 258, 110886.）、绿色包装（J. HAZARD. MATER. 2025, 480, 136101、Chem. Eng. J. 499, 156328.）等应用领域进行深化研究。

以天然生物聚合物替代石油基聚酯是全球经济转型的总体趋势。纤维素基材料由于其生物相容性与天然结构优势而成为一种新型的先进材料。如今，纤维素基材料被应用于食品、交通、医药、电子、储能等众多领域，以及许多其他日常应用。该综述系统揭示了制约纤维素基材料产业化的多维度瓶颈，以展望这一新兴领域的未来前景。

原文链接：https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1002/adfm.202424591

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（责任编辑：xu）

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