纖維素是源于植物的非糧多糖化合物，年產(chǎn)量超過(guò)千億噸，具有經(jīng)高質(zhì)量轉(zhuǎn)化利用成為支撐人類社會(huì)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(guò)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(guò)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(shí)，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(jí)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(guò)改變陰、陽(yáng)離子類型即可展現(xiàn)不同的溶解能力，因此在研究中通過(guò)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(guò)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(jí)上實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)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(jiǎn)介
近日，中國(guó)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(guò)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(duì)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(duì)于纖維素中多級(jí)層級(jí)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）。
