馬里蘭大學(xué)胡良兵教授和布朗大學(xué)齊月教授等人在Nature上發(fā)表了最新成果，報(bào)告了通過(guò)分子通道工程實(shí)現(xiàn)高性能固體聚合物離子導(dǎo)體的一般策略。該策略基于擴(kuò)展分子間聚合物結(jié)構(gòu)和將Li+傳輸與聚合物鏈段松弛解耦，從而導(dǎo)致高離子導(dǎo)電性。作者首先使用纖維素納米纖維（CNFs）來(lái)演示這種方法。作者在這里表明，銅離子（Cu2+）與CNFs的配位（Cu-CNF）能夠通過(guò)將聚合物鏈之間的間距擴(kuò)展到分子通道來(lái)改變纖維素的晶體結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)鋰離子的插入和快速運(yùn)輸。在這種1D傳導(dǎo)通道中，豐富的含氧纖維素功能基團(tuán)，以及少量結(jié)合水，以與聚合物分段運(yùn)動(dòng)解耦的方式幫助Li+的運(yùn)動(dòng)。這一設(shè)計(jì)策略的成功創(chuàng)造了一類聚合物離子導(dǎo)體，使各種陽(yáng)離子（例如Na+）能夠快速傳導(dǎo)，具有高室溫離子導(dǎo)電性。例如，作者還研究了由殼聚糖、海藻酸、羧甲基纖維素（CMC）和黃原膠（XG）制成的與Cu2+配位的聚合物離子導(dǎo)體，所有這些導(dǎo)體都表現(xiàn)出高溫離子導(dǎo)電性。Yang, C., Wu, Q., Xie, W. et al. Copper-coordinated cellulose ion conductors for solid-state batteries. Nature (2021).https://doi.org/10.1038/s41586-021-03885-6
馬里蘭大學(xué)胡良兵等人在Science上報(bào)告了一種自上而下的方法，首先使用一種常見(jiàn)的水基的去木質(zhì)素工藝從貝斯伍德木質(zhì)纖維細(xì)胞壁上去除約55%的木質(zhì)素和約67%的半纖維素。由于剩余的細(xì)胞壁吸收水分，部分和選擇性地去除這種疏水成分會(huì)導(dǎo)致木材樣品變軟和溫和膨脹，具有較高比例的親水纖維素。因此，部分去火木材的含水量約為30%。然后，在環(huán)境條件下將木材風(fēng)干約30小時(shí)，以除水并形成收縮木材。接下來(lái)，將縮小的木材浸泡在水中3分鐘，稱之為水沖擊過(guò)程，該過(guò)程部分重新膨脹細(xì)胞壁，并導(dǎo)致產(chǎn)物中的樣本尺寸有所擴(kuò)展，作者稱之為可塑木材。通過(guò)這種方法，木材可以加工成各種形狀，同時(shí)大幅提高其機(jī)械強(qiáng)度。Xiao et al., Lightweight, strong, moldable wood via cell wallengineering as a sustainable structural material. Science 374, 465–471 (2021).https://www.science.org/doi/10.1126/science.abg9556
耶魯大學(xué)姚媛和馬里蘭大學(xué)胡良兵等人在Nature Sustainability上報(bào)道了一種簡(jiǎn)易的原位木質(zhì)素再生策略，從木質(zhì)纖維素資源(如木材)中合成高性能生物塑料。該方法可以制備具有高機(jī)械強(qiáng)度、改善水和熱穩(wěn)定性、優(yōu)異的可回收性和生物降解性，以及低成本的木質(zhì)纖維素生物塑料。在此，原位木質(zhì)素再生產(chǎn)生均勻且高粘性的纖維素-木質(zhì)素漿料，其中木質(zhì)素填充相互連接的纖維素微/納米纖維網(wǎng)絡(luò)的空間，從而形成高度致密的結(jié)構(gòu)。然后，可以很容易地通過(guò)澆鑄這種纖維素-木質(zhì)素漿料，獲得木質(zhì)纖維素生物塑料Xia, Q., Chen, C., Yao, Y. et al. A strong, biodegradable and recyclable lignocellulosic bioplastic. Nat Sustain (2021).https://doi.org/10.1038/s41893-021-00702-w
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