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木质素基功能材料领域研究获新进展

 

华南农业大学生物质工程研究院教授王清文带领的生物质材料·家居工程团队在木质素基功能材料研究领域取得新进展。相关研究发表于ACS Nano。博士后樊奇为该论文第一作者,欧荣贤副教授和王清文教授为通讯作者。

生物质聚合物/二氧化硅纳米复合气凝胶具有极佳的保温隔热能力以及绿色可再生特性,因而在节能工程研究领域得到了广泛关注。然而,机械强度低和环境稳定性差等问题严重制约了该类复合材料的发展。

木质素是一种产量大,具有复杂芳香骨架结构的植物聚多酚,表现出诸如高的分子“刚度”、良好的疏水性以及优异的耐热性等极具吸引力的天然属性。由于木质素和二氧化硅前驱体在共溶胶过程中的热力学不稳定性,制备高性能的三维块体木质素/二氧化硅纳米复合气凝胶仍然是一个巨大的挑战。

在硅藻中,硅酸缩合反应前的稳定化作用是通过生物分子(如多胺、多糖分子)干预非共价键相互作而完成的。受此启发,研究团队利用乙二醇作为仿生分子,成功稳定了交联木质素/硅氧烷共溶胶过程,并在此基础上通过“水诱导自组装&原位矿化”策略,成功制备了一种超强二氧化硅矿化木质素纳米复合气凝胶(LigSi)材料,该气凝胶具有可调节的多级微纳米结构和良好的机械加工性。优化后的LigSi具有比同类材料更高的比模量和比强度,并表现出优良的耐湿保温性、防火性、本征的自清洁/超疏水性以及近红外反射能力,因此在节能建筑领域具有潜在的应用前景。

该工作率先解决了大尺度、高强度木质素/二氧化硅纳米复合气凝胶的制备难题,为木质素高值化利用提供了新策略和新思路,并对多功能生物基节能建材的开发具有一定的指导意义。

该研究工作得到了国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、广东省重点领域研发计划项目、广州市“林业工程”重点学科等项目的资助。

相关论文信息:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acsnano.2c00755

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