北京
原文發(fā)表于 《科技導(dǎo)報(bào)》2026年第7期科技新聞-卓越亮點(diǎn)
天然纖維素中發(fā)現(xiàn)原生二維納米片
纖維素是來源于植物的天然非糧多糖，年產(chǎn)量超過千億噸。若能實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量轉(zhuǎn)化并制備高性能納米材料，這一儲(chǔ)量豐富的生物質(zhì)資源有望成為支撐社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的重要生物基原料。
長期以來，在亞微米尺度上，研究人員主要從天然纖維素中提取出兩類一維納米材料，即纖維素納米晶和纖維素納米微纖。這些材料具有高模量、高強(qiáng)度等優(yōu)點(diǎn)，已被視為先進(jìn)生物基納米材料的重要代表。然而，植物細(xì)胞壁本身具有復(fù)雜的層級結(jié)構(gòu)，這也意味著其中纖維素的聚集形態(tài)未必僅限于一維。
預(yù)處理后纖維素在水解過程中的形貌變化
（圖片來源：《SuSMat》）
圍繞這一問題，中國科學(xué)院寧波材料技術(shù)與工程研究所朱錦率領(lǐng)的生物基高分子團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)合成了一種新型兩性離子復(fù)合固體催化劑，并將其用于天然纖維素的催化解聚。研究人員通過將弱酸性與弱堿性單元強(qiáng)制共價(jià)連接，實(shí)現(xiàn)催化位點(diǎn)的均勻分散與適宜離子強(qiáng)度構(gòu)建，再結(jié)合磷鎢酸負(fù)載催化作用，在特定層級上精準(zhǔn)破壞纖維素分子的聚集結(jié)構(gòu)，最終從天然纖維素中直接提取出原生二維纖維素納米片。
這一發(fā)現(xiàn)表明，天然纖維素中不僅存在傳統(tǒng)認(rèn)識中的一維納米結(jié)構(gòu)，還可能天然蘊(yùn)含二維片層形態(tài)，因而豐富了人們對纖維素固有多級層級結(jié)構(gòu)的認(rèn)識。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，該方法對多種類型纖維素均表現(xiàn)出較高選擇性和良好普適性，包括棉纖維素、木纖維素、紙漿纖維素、粘膠纖維素和細(xì)菌纖維素等，均可實(shí)現(xiàn)納米片的有效提取。
所得單層纖維素納米片橫向尺寸達(dá)到數(shù)微米，厚度約為21~25 nm。其平均模量、表面粗糙度和黏附力分別為7.2 GPa、0.5 nm和7.49 nN，顯示出較好的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與界面特性。進(jìn)一步研究表明，這種二維纖維素納米片在高分子復(fù)合材料改性中表現(xiàn)出良好的氣體阻隔性能，為纖維素高值化利用及新型生物基功能材料開發(fā)提供了新的思路。
（來源于中國科技期刊卓越行動(dòng)計(jì)劃入選期刊：《SusMat》，2026，6（1）：e70064）
《科技導(dǎo)報(bào)》創(chuàng)刊于1980年，中國科協(xié)學(xué)術(shù)會(huì)刊，主要刊登科學(xué)前沿和技術(shù)熱點(diǎn)領(lǐng)域突破性的研究成果、權(quán)威性的科學(xué)評論、引領(lǐng)性的高端綜述，發(fā)表促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、完善科技管理、優(yōu)化科研環(huán)境、培育科學(xué)文化、促進(jìn)科技創(chuàng)新和科技成果轉(zhuǎn)化的決策咨詢建議。常設(shè)欄目有院士卷首語、科技新聞、科技評論、本刊專稿、特色專題、研究論文、政策建議、科技人文等。
特別聲明：以上內(nèi)容(如有圖片或視頻亦包括在內(nèi))為自媒體平臺(tái)“網(wǎng)易號”用戶上傳并發(fā)布，本平臺(tái)僅提供信息存儲(chǔ)服務(wù)。
Notice: The content above (including the pictures and videos if any) is uploaded and posted by a user of NetEase Hao, which is a social media platform and only provides information storage services.
