北京
原文發表于 《科技導報》2026年第7期科技新聞-卓越亮點
天然纖維素中發現原生二維納米片
纖維素是來源于植物的天然非糧多糖，年產量超過千億噸。若能實現高質量轉化并制備高性能納米材料，這一儲量豐富的生物質資源有望成為支撐社會可持續發展的重要生物基原料。
長期以來，在亞微米尺度上，研究人員主要從天然纖維素中提取出兩類一維納米材料，即纖維素納米晶和纖維素納米微纖。這些材料具有高模量、高強度等優點，已被視為先進生物基納米材料的重要代表。然而，植物細胞壁本身具有復雜的層級結構，這也意味著其中纖維素的聚集形態未必僅限于一維。
預處理后纖維素在水解過程中的形貌變化
（圖片來源：《SuSMat》）
圍繞這一問題，中國科學院寧波材料技術與工程研究所朱錦率領的生物基高分子團隊設計合成了一種新型兩性離子復合固體催化劑，并將其用于天然纖維素的催化解聚。研究人員通過將弱酸性與弱堿性單元強制共價連接，實現催化位點的均勻分散與適宜離子強度構建，再結合磷鎢酸負載催化作用，在特定層級上精準破壞纖維素分子的聚集結構，最終從天然纖維素中直接提取出原生二維纖維素納米片。
這一發現表明，天然纖維素中不僅存在傳統認識中的一維納米結構，還可能天然蘊含二維片層形態，因而豐富了人們對纖維素固有多級層級結構的認識。實驗結果顯示，該方法對多種類型纖維素均表現出較高選擇性和良好普適性，包括棉纖維素、木纖維素、紙漿纖維素、粘膠纖維素和細菌纖維素等，均可實現納米片的有效提取。
所得單層纖維素納米片橫向尺寸達到數微米，厚度約為21~25 nm。其平均模量、表面粗糙度和黏附力分別為7.2 GPa、0.5 nm和7.49 nN，顯示出較好的結構穩定性與界面特性。進一步研究表明，這種二維纖維素納米片在高分子復合材料改性中表現出良好的氣體阻隔性能，為纖維素高值化利用及新型生物基功能材料開發提供了新的思路。
（來源于中國科技期刊卓越行動計劃入選期刊：《SusMat》，2026，6（1）：e70064）
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