纤维素是源于植物的非粮多糖化合物，年产量超过千亿吨，具有经高质量转化利用成为支撑人类社会可持续发展的重要生物基原料的潜质。在亚微米尺度上，天然纤维素可通过传统技术提取传化成具有高模量与高强度的先进一维纳米材料（包括纤维素纳米晶和纤维素纳米纤维）。然而，考虑到纤维素多存在于植物细胞壁中，纤维素通过分子链在多维微观空间尺度上聚集形成微纳材料的外形不应仅局限于一维结构，从理论上也有可能以二维片状结构的形式存在。基于上述认识，如能围绕纤维素转化利用构建一类新型的选择性解聚提取策略，或将能够直接从天然纤维素中获取二维片状纳米材料，该材料有望在阻隔、载体、增强等功能材料技术领域实现新质应用。本研究围绕纤维素分子结构选择性拆解及微纳材料分级遴选，提出构建一种两性离子复合固体催化剂及纤维素选择性催化解聚策略。考虑到离子液体作为一种先进溶剂，仅通过改变阴、阳离子类型即可展现不同的溶解能力，因此在研究中通过强制性共价连接的模式设计合成新型固体催化剂，将具有特定弱酸性与弱碱性单元进行均匀分散排列，通过调控两者间的作用获取适宜的离子强度，结合适当的磷钨酸负载催化解聚，在特定层级上实现对纤维素分子聚集结构的精准打破，从而从天然纤维素中的直接提取二维片状纳米材料。基于这一思路，针对催化剂的设计优选、纤维素的选择性解聚、以及二维片状纳米材料的普适提取进行了系统研究。
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成果简介
近日，中国科学院宁波所朱锦和那海宁研究员生物基高分子团队在二维纤维素纳米材料领域取得重要进展。通过设计合成两性离子复合固体催化剂并构建纤维素选择性解聚策略，在温和条件下实现纤维素的选择性解聚，从中直接提取出二维片状纳米材料。该方法对于不同类型的纤维素（包括棉纤维素、木纤维素、粘胶纤维素、细菌纤维素等）纳米片的提取具有选择性高、普适性广的特点。天然纤维素中含有原生二维片状结构纳米材料的发现，丰富了对于纤维素中多级层级结构的认知，为将纤维素转化为高性能纳米材料并拓展新质应用提供了新思路。本工作以“Extraction of 2D Cellulose Nanosheets from Natural Cellulose”为题在线发表在SusMat上。（https://doi.org/10.1002/sus2.70064）。
