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  隨著木質素的化學結構和性質的奧秘逐漸被揭開，其作為開發具有環境友好、高性能和多功能特性的刺激響應材料的多功能平臺而受到廣泛關注。盡管已有大量的工作聚焦于木質素的高值化利用，但木質素的多種優異性質仍未被充分利用，相當大比例的木質素仍然被用于焚燒。

圖3 木質素的廣泛化學反應性

木質素材料的刺激響應性能主要通過兩種途徑實現：

  （1）由自然界靈感激發的木質素自身功能特性。木質素的固有功能包括pH、酶促、氧化還原、氣體、光和溫度響應性。隨著木質素化學和材料技術的發展，越來越多的木質素材料被合理設計用于智能應用，其中木質素的作用對于實現高效性能至關重要。

  （2）通過化學反應由外部引入的功能特性。木質素的額外功能是通過刺激響應分子和聚合物的組合實現的，這些分子和聚合物通過化學功能化策略整合到木質素的主要結構中。

pH響應性能

圖4 木質素作為刺激響應性納米載體

酶響應

  一些氧化還原酶可氧化木質素分子中的酚羥基形成自由基，從而發生一系列自發的偶聯和裂解反應，使木質素表現出酶響應性能。由于很多病原真菌可分離出木質素降解酶，因此研究人員利用該性能開發出木質素基農用控釋殺菌劑。

光響應

  木質素的共軛結構通過π-π堆疊表現出較高效的光熱轉化性能，這使木質素有望成為一種極具應用前景的綠色生物基光熱材料。研究人員已將堿木質素、硫酸鹽木質素等作為填料，用于開發光刺激響應復合材料。

形狀記憶材料

圖6 木質素基應變傳感器和形狀記憶材料

  木質素作為纖維素工業的一種產量巨大、廉價、可再生的副產物，不僅具有生物相容性、抗紫外、抗菌、抗氧化等獨特性能，而且擁有多種功能基團，可以通過化學改性制造出各種形式的先進材料。因此，木質素在材料科學理論研究和實際應用中均顯示出了重要的意義。然而，目前木質素原料用量及應用范圍有限，且開發高性能、高附加值木質素基材料仍存在挑戰。本文提出如下觀點：

  （1）木質素來源于植物，生物與化學方法結合，如利用酶引發自由基介導的木質素生物合成生產環保聚合物具有很大的前景。

  （2）基于木質素的刺激響應材料通常依賴于單一的環境刺激響應機制，木質素固有的響應特性與化學改性的結合將有助于開發先進響應智能材料。

  （3）預處理、分離過程雖然會很大程度上破壞木質素分子結構，但可能賦予木質素新的功能性。因此，創新發展提取技術、分子解析技術、膠體化學將助力工業木質素功能材料開發。

  （4）在木質素材料的設計、開發、生產中仍需強調可循環、可回收、綠色化、低能耗和工藝簡化。

  總之，木質素材料尤其是響應材料這一前沿課題需要多學科領域的交叉合作。挖掘木質素的功能特性并實現材料性能轉化，不僅可帶動傳統傳統工業領域的轉型升級，而且可以為先進材料的研發提供可持續、綠色原料平臺。

  原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.trechm.2023.12.001