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纖維素是源于植物的非糧多糖化合物，年產(chǎn)量超過千億噸，具有經(jīng)高質(zhì)量轉(zhuǎn)化利用成為支撐人類社會可持續(xù)發(fā)展的重要生物基原料的潛質(zhì)。在亞微米尺度上，天然纖維素可通過傳統(tǒng)技術(shù)提取傳化成具有高模量與高強(qiáng)度的先進(jìn)一維納米材料（包括纖維素納米晶和纖維素納米纖維）。然而，考慮到纖維素多存在于植物細(xì)胞壁中，纖維素通過分子鏈在多維微觀空間尺度上聚集形成微納材料的外形不應(yīng)僅局限于一維結(jié)構(gòu)，從理論上也有可能以二維片狀結(jié)構(gòu)的形式存在?；谏鲜稣J(rèn)識，如能圍繞纖維素轉(zhuǎn)化利用構(gòu)建一類新型的選擇性解聚提取策略，或?qū)⒛軌蛑苯訌奶烊焕w維素中獲取二維片狀納米材料，該材料有望在阻隔、載體、增強(qiáng)等功能材料技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)新質(zhì)應(yīng)用。本研究圍繞纖維素分子結(jié)構(gòu)選擇性拆解及微納材料分級遴選，提出構(gòu)建一種兩性離子復(fù)合固體催化劑及纖維素選擇性催化解聚策略?？紤]到離子液體作為一種先進(jìn)溶劑，僅通過改變陰、陽離子類型即可展現(xiàn)不同的溶解能力，因此在研究中通過強(qiáng)制性共價(jià)連接的模式設(shè)計(jì)合成新型固體催化劑，將具有特定弱酸性與弱堿性單元進(jìn)行均勻分散排列，通過調(diào)控兩者間的作用獲取適宜的離子強(qiáng)度，結(jié)合適當(dāng)?shù)牧祖u酸負(fù)載催化解聚，在特定層級上實(shí)現(xiàn)對纖維素分子聚集結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)打破，從而從天然纖維素中的直接提取二維片狀納米材料?；谶@一思路，針對催化劑的設(shè)計(jì)優(yōu)選、纖維素的選擇性解聚、以及二維片狀納米材料的普適提取進(jìn)行了系統(tǒng)研究。
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成果簡介
近日，中國科學(xué)院寧波所朱錦和那海寧研究員生物基高分子團(tuán)隊(duì)在二維纖維素納米材料領(lǐng)域取得重要進(jìn)展。通過設(shè)計(jì)合成兩性離子復(fù)合固體催化劑并構(gòu)建纖維素選擇性解聚策略，在溫和條件下實(shí)現(xiàn)纖維素的選擇性解聚，從中直接提取出二維片狀納米材料。該方法對于不同類型的纖維素（包括棉纖維素、木纖維素、粘膠纖維素、細(xì)菌纖維素等）納米片的提取具有選擇性高、普適性廣的特點(diǎn)。天然纖維素中含有原生二維片狀結(jié)構(gòu)納米材料的發(fā)現(xiàn)，豐富了對于纖維素中多級層級結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，為將纖維素轉(zhuǎn)化為高性能納米材料并拓展新質(zhì)應(yīng)用提供了新思路。本工作以“Extraction of 2D Cellulose Nanosheets from Natural Cellulose”為題在線發(fā)表在SusMat上。（https://doi.org/10.1002/sus2.70064）。
