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  近日，陜西科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院張素風(fēng)教授團(tuán)隊(duì)報(bào)道了一種綠色高效制備納米纖維素進(jìn)而一步法構(gòu)筑兼具高透明度和高霧度薄膜的新方法，有望用于柔性照明、能源和傳感等領(lǐng)域。相關(guān)研究成果在國際頂級期刊Green Chemistry發(fā)表。為學(xué)院輕工學(xué)科內(nèi)涵發(fā)展和研究生培養(yǎng)提供了有力支持，同時(shí)也拓寬了生物質(zhì)功能材料的應(yīng)用領(lǐng)域。陜西科技大學(xué)為論文唯一通訊單位，博士生劉亞麗為第一作者，張素風(fēng)教授為第二作者和論文唯一通訊作者。

  張素風(fēng)教授領(lǐng)銜的纖維新材料及紙基廢棄物資源利用研究團(tuán)隊(duì)多年來一直致力于纖維素化學(xué)及功能材料的研究開發(fā)，該論文結(jié)合國家重點(diǎn)發(fā)展的柔性薄膜材料，以納米纖維素為原料，通過濕法造紙過程構(gòu)建了高透明度和高霧度兼得柔性薄膜。目前，纖維素基薄膜因其來源豐富、生物降解性、可再生性、可持續(xù)性和柔性光學(xué)性能等特點(diǎn)，在柔性光電產(chǎn)品和能源設(shè)備領(lǐng)域引起了廣泛關(guān)注，其中高透光率和高霧度是重要參數(shù)，它將影響柔性電子產(chǎn)品和能源設(shè)備的光學(xué)性能。然而，透明度和霧度難以兼得，而且，高效率、綠色、低成本制備納米纖維素是關(guān)鍵。

  本研究針對纖維素多羥基結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，提出了一種綠色高效的 MnO₄^- 氧化解鏈和羧基化方法，制備過程中，反應(yīng)物本身形成自催化，促進(jìn)了反應(yīng)的高效性和綠色化，協(xié)同輕微均質(zhì)化的分散作用，高得率（96%）制備出羧基化纖維素納米纖維（COOH-CNFs）。該制備方法由于反應(yīng)過程簡單、使用較少量的綠色化學(xué)品而優(yōu)于傳統(tǒng)方法，這代表了工業(yè)中潛在的綠色路線。而 COOH-CNFs 很好地保留了紙漿的“結(jié)晶-非晶區(qū)”共存的晶體結(jié)構(gòu)，賦予了 COOH-CNFs 及其薄膜優(yōu)異的性能，包括高強(qiáng)度（75 MPa）、高分散性（zeta 電位 –35.6 mV）、高透光率（95.39%）和高霧度（＞90%）。并對其多項(xiàng)性能與其他已報(bào)道的方法進(jìn)行比較，最后將該光學(xué)薄膜應(yīng)用于LED顯示設(shè)備，在光學(xué)材料的應(yīng)用中顯示出巨大的潛力和前景。

圖1 研究流程示意圖

圖2  氧化反應(yīng)機(jī)理

圖3 原料和 COOH-CNFs 的宏觀和微觀形態(tài)

  相關(guān)成果以“Potassium permanganate oxidation as a carboxylation and defibrillation method for extracting cellulose nanofibrils to fabricate films with high transmittance and haze”為題發(fā)表在Green Chemistry (Green Chemistry，2021，DIO: 10.1039/D1GC02657G)上。感謝國家自然科學(xué)基金、陜西省重點(diǎn)產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈項(xiàng)目、陜西省國際科技合作基地、陜西省教育廳重點(diǎn)科研計(jì)劃（重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）及陜西省自然科學(xué)基金對本工作的大力支持。

  原文鏈接：https://pubs.rsc.org/en/content/articlelanding/2021/gc/d1gc02657g