中科大闫立峰团队: 创新离子液体高效溶解纤维素&制备多功能材料

文摘   2024-08-21 11:37   日本  

研究背景

由于能源危机和环境污染,绿色和可持续的纤维素基材料越来越引起研究人员的兴趣。然而,开发纤维素的绿色溶剂仍然是一个巨大的挑战。
离子液体是一种绿色溶剂,其溶解纤维素的机制是阳离子和阴离子的相互作用,破坏了纤维素分子结构中的氢键网络。质子离子液体是一类由质子酸和质子碱的混合而制备的溶剂,质子碱夺取质子酸中质子形成阳离子,质子酸失去质子形成阴离子,阴阳离子相互配合实现纤维素的溶解。
因此,具有高离子强度的二酸成为溶解纤维素的理论候选者。并且,目前制备的纤维素溶液应用非常单一,拓展纤维素溶液的应用具有非常重要的意义。

论文详情

近日,中国科学技术大学闫立峰教授带领研究团队设计出新型的二酸-超碱离子液体,可以高效溶解纤维素并同时制备多功能纤维素材料。本研究不再局限于单酸-超碱离子液体,创新性地提出了新型二酸-超碱离子液体,可分别最大限度地 15.2 wt% 的微晶纤维素(DP = 260)和 9.3 wt% 的脱脂棉(DP = 685)。

  • 图 1. 新型二酸-超碱离子液体溶解纤维素的机理及多功能纤维素材料的制备

通过比较不同类型的二酸和超碱,分析了其结构对纤维素溶解度的影响,以及其在溶解过程中的相互作用。为了实现可持续发展,离子液体可以被回收来重复溶解纤维素。此外,还研究了纤维纺丝过程中纤维素溶液的流变性能。纤维素溶液与基底具有很强的吸引相互作用,并表现出普遍的粘接性能,木材和竹板的抗拉强度分别为 2.39 MPa 和 2.28 MPa。通过凝固浴再生和热压,再生纤维素膜表现出结构完整性、致密形态、高结晶度、优异的抗拉强度 (134 MPa)、足够的热稳定性和良好的透明度。最后,将制备的纤维素凝胶组装成锌离子混合超级电容器 (ZHSC),其具有宽的电压窗口、高能量密度和功率密度以及优异的循环性能。

该成果以“Novel diacid–superbase ionic liquids for efficient dissolution of cellulose and simultaneous preparation of multifunctional cellulose materials”(《高效溶解纤维素并同时制备多功能纤维素材料的新型二酸-超碱离子液体》)为题,发表在英国皇家化学会期刊 Green Chemistry 上。

论文信息

  • Novel diacid–superbase ionic liquids for efficient dissolution of cellulose and simultaneous preparation of multifunctional cellulose materials
    Long Zhang, Boxiang Zhan, Yapeng He, Yongqi Deng, Haiyuan Ji, Shen Peng and Lifeng Yan*
    Green Chem., 2024, 26, 8794-8807
    http://doi.org/10.1039/D4GC02083A

作者简介

张龙 硕士研究生
中国科学技术大学

本文第一作者,中国科学技术大学化学与材料科学学院的 2022 级硕士研究生。主要从事绿色能源的利用及转化,发表 SCI 收录刊物论文 5 篇。







闫立峰 教授
中国科学技术大学
本文通讯作者,中国科学技术大学化学与材料科学学院教授,化学与材料科学学院党委书记兼副院长。2001 年于中国科学技术大学获得理学博士学位。目前主要从事绿色化学和高分子化学与物理研究,具体包括:1)以生物质为原材料的绿色化学研究; 2)大分子纳米药物:近红外成像引导的癌症诊疗研究;3)新型电极活性材料和绿色电解质及在二次电池及超级电容器中应用等。中国化学会纤维素专业委员会委员,中国化工学会离子液体专业委员会委员。合肥微尺度物质科学国家研究中心和中科院软物质化学重点实验室成员。生物质洁净能源安徽省重点实验室副主任。目前已发表 SCI 与 EI 收录学术论文 240 余篇,被引用 10000 多次,H-index:50,申请发明专利 10 项(6 项已授权),专著 4 本。2014 年中国科学院优秀导师奖,2014 年中国科学技术大学优秀导师奖。2018 年获“张懋森基金奖”,2020 年中科大“平凡教育基金奖”,2021 年度广东省自然科学奖一等奖。

相关期刊

Cutting-edge research for a greener sustainable future

rsc.li/greenchem

Green Chem.

2-年影响因子*9.3
5-年影响因子*9.3
JCR 分区*Q1 化学-多学科
Q1 绿色可持续科技
CiteScore 分16.1
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  • Tao Zhang (张涛)
    🇨🇳 中科院大连化物所

* 2023 Journal Citation Reports (Clarivate, 2024)

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