近期，国际化学领域顶级综述期刊《Chemical Reviews》发表了武汉大学资源与环境科学学院陈朝吉教授课题组和不列颠哥伦比亚大学姜锋教授课题组合作完成的纤维素基离子导体的研究综述，论文题目为“Cellulose-Based Ionic Conductor: An Emerging Material toward Sustainable Devices”。不列颠哥伦比亚大学叶宇航博士与武汉大学资源与环境科学学院博士后余乐为共同第一作者，不列颠哥伦比亚大学姜锋教授和武汉大学资源与环境科学学院陈朝吉教授为共同通讯作者。
图1. 纤维素基离子导体。图片来源于作者。
在本综述中，我们从纤维素的基本结构特征、材料设计策略和应用等方面对纤维素和纤维素衍生材料制成的离子导体进行了全面的综述，并进一步讨论了纤维素基离子导体在循环和环境可持续性框架内缓解日益增长电子废弃物污染问题的潜力和该领域的未来发展方向。
此外，今年上半年以来，课题组在生物质基低碳功能材料构筑及其在人体铅移除、环境水处理、绿色能源储存应用领域取得一系列研究进展，相关研究成果先后发表于《Advanced Materials》、《Advanced Functional Materials》、《ACS Nano》、《Composites Part B:Engineering》、《Chemical Engineering Journal》、《Nano Research》等国内外高水平学术期刊。
在生物质基低碳功能材料开发方面，课题组联合武汉大学欧阳稳根教授团队、武汉大学施晓文教授团队开发了一种具备仿生“微米纤维-纳米纤维”多尺度网络结构的高度可压缩壳聚糖冻融凝胶。相关成果以“Bioinspired Multiscale Micro-/Nanofiber Network Design Enabling Extremely Compressible, Fatigue-Resistant, and Rapidly Shape-Recoverable Cryogels”为题的论文发表于期刊《ACS Nano》，课题组2022级博士生齐鲁荷为第一作者，陈朝吉教授、施晓文教授、欧阳稳根教授为共同通讯作者。
在后续的开发中，课题组联合施晓文教授团队通过冷冻-解冻的方法，使上述中两种不同尺度的纤维可以受到冰晶生长的驱动自组装形成交错微纤维和纳米纤维的互连三维网络结构，无需冷冻干燥即可形成力学性能良好的壳聚糖气凝胶（CMNF），并系统评估了其在可降解生物塑料方面的应用潜力及环境影响。相关成果以“Scalable fabrication of biodegradable, thermally insulating, fire-proof bioplastic foams via rapid magnetic force assisted squeezing and ambient drying”为题发表于期刊《Chemical Engineering Journal》上，课题组2022级博士生齐鲁荷为第一作者，陈朝吉教授、施晓文教授为共同通讯作者。
图2. 壳聚糖基可降解、可回收、不易燃生物塑料。图片来源于作者。
最近，课题组在可降解、可回收、可热塑性加工纤维素基生物塑料开发方面也取得新进展。课题组与华南理工大学王小慧教授团队合作，通过构建动态共价网络实现纤维素中氢键的部分解离和纤维素链的重组，从而赋予纤维素热加工性能。基于此策略，我们开发了一种可生物降解、防水和可热加工的纤维素基生物塑料。相关成果以“A Biodegradable, Waterproof, and Thermally Processable Cellulosic Bioplastic Enabled by Dynamic Covalent Modification”为题发表于期刊《Advanced Materials》，王小慧教授和陈朝吉教授为共同通讯作者。
图3. 纤维素基可生物降解、防水和可热加工生物塑料。图片来源于作者。
在生物质基可持续材料的环境-能源等应用领域，课题组也取得一系列研究进展。近日，我们开发了一种不溶水的离子液体稀释剂1-乙基-3-甲基咪唑双（氟磺酰基）酰胺（EmimFSI），其通过充当“水袋”，包裹高活性H2O-主导的Zn2+溶剂化并保护它们免受寄生反应，相关研究以“Ionic Liquid “Water Pocket” for Stable and Environment-Adaptable Aqueous Zinc Metal Batteries”为题发表在材料领域综合期刊《Advanced Materials》上，课题组负责人陈朝吉教授与南京林业大学王珊珊副教授为共同通讯作者（王珊珊副教授提供理论模拟支持），课题组博士后余乐与课题组2022级博士生黄京为共同第一作者。
图4. 离子液体包水策略构筑高性能锌离子电池绿色可回收电解液。图片来源于作者。
此外，我们利用氮化硼（BN）纳米片和纳米纤维素（NFC）的机械、结构和化学特性，开发了一种超稳定且粘度可调的BN-NFC墨水，并基于3D打印技术连续打印微米纤维。这种微米纤维具备较高的机械强度、热稳定性和离子传输性能，同时其对强酸性、强碱性和高温等极端环境具有很好的耐受性。相关成果以“3D-Printed Mechanically Strong and Extreme Environment Adaptable Boron Nitride/Cellulose Nanofluidic Macrofibers”为题发表于期刊《Nano Research》，其中课题组博士后余乐为第一作者，陈朝吉教授为通讯作者。
同样基于生物质材料与金属离子的相互作用，课题组与武汉大学资源与环境科学学院邓红兵教授课题组合作，利用酿酒酵母细胞、林木生物质等废弃生物质材料，构筑了一种酿酒酵母细胞-纤维素纳米纤维气凝胶材料，用于人体中的综合铅去除。该废弃生物质基气凝胶材料具有生物安全性、优异的铅去除能力，为人体中综合铅的解毒提供了一种有吸引力的策略。相关成果以“Biosafe Saccharomyces Cerevisiae Immobilized Nanofibrous Aerogels for Integrated Lead Removal in Human Body”为题发表于期刊《Advanced Functional Materials》，资环学院2021级博士生曹诗翊为论文第一作者，邓红兵教授与陈朝吉教授为共同通讯作者。
在环境水处理应用领域，课题组与武汉科技大学张春桃教授课题组、兰州大学陈凤娟教授课题组、华中农业大学陈畅副教授课题组开展太阳能蒸发器方面的研究，分别开发了用于长期盐分去除的3D打印仿木结构纤维素/炭黑太阳能蒸发器以及基于石墨烯(g-N)掺杂生物炭具有海水淡化及挥发性有机化合物去除功能的太阳能蒸发器。它们的原料均来自于废弃生物质，低碳节能，有利于解决水资源短缺和农林固废管理不善的问题。仿木结构太阳能蒸发器工作以“3D-printed tripodal porous wood-mimetic cellulosic composite evaporator for salt-free water desalination”为题发表于期刊《Composites Part B: Engineering》上，武汉大学2021级博士生陈露为第一作者，陈朝吉教授与张春桃教授为共同通讯作者；双功能太阳能蒸发器工作以“All-in-one solar-driven evaporator for high-performance water desalination and synchronous volatile organic compound degradation”为题发表于期刊《Desalination》，兰州大学硕士生杨洲立与武汉大学2021级博士生陈露为共同第一作者，陈凤娟教授、陈朝吉教授及陈畅副教授为共同通讯作者。
图5. 3D打印构筑人工木头结构纤维素基除盐功能太阳能蒸发器。图片来源于作者。
更多信息请访问武汉大学陈朝吉教授X-Biomass课题组网址：https://biomass.whu.edu.cn/index.htm
