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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)教授團隊報道了一種綠色高效制備納米纖維素進而一步法構(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隊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，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，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%）。并對其多項性能與其他已報道的方法進行比較，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、陜西省重點產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新鏈項目、陜西省國際科技合作基地、陜西省教育廳重點科研計劃（重點實驗室）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