陕科大张素风教授团队《Green Chem.》：在纳米纤维素高效制备及柔性薄膜构筑研究中取得新进展

近日，陕西科技大学轻工科学与工程学院张素风教授团队报道了一种绿色高效制备纳米纤维素进而一步法构筑兼具高透明度和高雾度薄膜的新方法，有望用于柔性照明、能源和传感等领域。相关研究成果在国际顶级期刊Green Chemistry发表。为学院轻工学科内涵发展和研究生培养提供了有力支持，同时也拓宽了生物质功能材料的应用领域。陕西科技大学为论文唯一通讯单位，博士生刘亚丽为第一作者，张素风教授为第二作者和论文唯一通讯作者。

张素风教授领衔的纤维新材料及纸基废弃物资源利用研究团队多年来一直致力于纤维素化学及功能材料的研究开发，该论文结合国家重点发展的柔性薄膜材料，以纳米纤维素为原料，通过湿法造纸过程构建了高透明度和高雾度兼得柔性薄膜。目前，纤维素基薄膜因其来源丰富、生物降解性、可再生性、可持续性和柔性光学性能等特点，在柔性光电产品和能源设备领域引起了广泛关注，其中高透光率和高雾度是重要参数，它将影响柔性电子产品和能源设备的光学性能。然而，透明度和雾度难以兼得，而且，高效率、绿色、低成本制备纳米纤维素是关键。

本研究针对纤维素多羟基结构特点，提出了一种绿色高效的 MnO₄^- 氧化解链和羧基化方法，制备过程中，反应物本身形成自催化，促进了反应的高效性和绿色化，协同轻微均质化的分散作用，高得率（96%）制备出羧基化纤维素纳米纤维（COOH-CNFs）。该制备方法由于反应过程简单、使用较少量的绿色化学品而优于传统方法，这代表了工业中潜在的绿色路线。而 COOH-CNFs 很好地保留了纸浆的“结晶-非晶区”共存的晶体结构，赋予了 COOH-CNFs 及其薄膜优异的性能，包括高强度（75 MPa）、高分散性（zeta 电位 –35.6 mV）、高透光率（95.39%）和高雾度（＞90%）。并对其多项性能与其他已报道的方法进行比较，最后将该光学薄膜应用于LED显示设备，在光学材料的应用中显示出巨大的潜力和前景。

图1 研究流程示意图

图2  氧化反应机理

图3 原料和 COOH-CNFs 的宏观和微观形态

相关成果以“Potassium permanganate oxidation as a carboxylation and defibrillation method for extracting cellulose nanofibrils to fabricate films with high transmittance and haze”为题发表在Green Chemistry(Green Chemistry，2021，DIO: 10.1039/D1GC02657G)上。感谢国家自然科学基金、陕西省重点产业创新链项目、陕西省国际科技合作基地、陕西省教育厅重点科研计划（重点实验室）及陕西省自然科学基金对本工作的大力支持。

原文链接：

https://doi.org/10.1039/D1GC02657G

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