纤维素作为自然界中储量最丰富、最具可持续性的可再生高分子，其高值化利用是生物质材料科学领域的研究热点。近日，我校材料科学与工程学院、生物质材料科学与技术教育部重点实验室谢延军教授、王永贵教授团队，在纤维素基功能材料领域取得系列突破。团队立足于林业工程学科，融合仿生学、光物理学等多学科交叉前沿，对纤维素及其衍生物进行精准的分子设计与多级结构调控，针对柔性光电、节能建筑、绿色制造及生物医学分析等关键领域的关键技术瓶颈，创新性地提出以纤维素为功能核心的系列解决方案。相关成果连续发表于Advanced Materials、Advanced Functional Materials、Advanced Science等国际高水平期刊，为木质生物质资源的高值化利用提供了理论支撑。
研究针对有机室温磷光材料的水氧淬灭难题，团队受维多利亚多管水母绿色荧光蛋白中“β-桶状”刚性骨架保护生色团的启发，提出了一种纤维素共价锚定生色团的策略，成功制备出具有动态光激活特性的耐水室温磷光材料。研究以醋酸纤维素为刚性骨架，通过实验表征与理论计算解析了锚定方式对磷光水稳定性的调控机制，提出了多糖基耐水磷光材料的设计原则与构筑策略，并探究了在多模式信息加密与柔性光电器件等领域的应用潜力。该研究发表于Advanced Materials(DOI: 10.1002/adma.202520138)。
基于醋酸纤维素共价锚定策略构筑耐水室温磷光材料的示意图与性能
为解决柔性传感材料机械性能与电导率难以兼顾的难题，团队受植物叶脉启发，提出将再生纤维素网络作为构建强韧离子凝胶的“空间限域模板”的新方法。研究通过再生纤维素三维网络精细调控功能性单体的聚合与微相分离过程，揭示了再生纤维素对离子凝胶强度以及电导率的协同调控机制，为高性能柔性传感器的设计和应用创新思路。该研究发表于Advanced Functional Materials(DOI: 10.1002/adfm.202519010)。
受叶脉启发的纤维素网络限域离子凝胶的制备示意图
面对建筑节能与隐私保护的双重需求，团队研发出一种基于折射率匹配机制的相变乳液凝胶智能窗。揭示了温敏的羟丙基甲基纤维素与相变材料折射率匹配规律，并系统阐述了智能窗透光率与雾度双向调节机制，在住宅、办公及农业设施中展现出巨大的节能应用潜力。该研究发表于Advanced Functional Materials（DOI: 10.1002/adfm.202530704）。
基于折射率匹配机制的相变乳液凝胶智能窗微观结构示意图与性能
为突破传统生物基材料力学性能调控难、功能单一的限制，团队构建呋喃功能化的纤维素活性平台，与马来酰亚胺改性的木质素共同构建Diels-Alder动态化学网络。通过热处理动态共价网络，实现生物塑料在高强度与高延展性之间按需切换，明确了温敏性动态化学键对材料微观组织的演变规律及调控机制，为可持续生物材料力学性能的可编程化调控提供了新思路。该成果发表于Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202508075）。
基于Diels-Alder动态共价反应构筑生物塑料的示意图及性能
在蛋白质组学精准分析领域，针对糖肽与磷酸肽富集的难题，团队对纤维素纳米晶进行精确的磷酸化改性，实现了纤维素基绿色捕获平台高效构筑。通过实验验证和理论计算，揭示了磷酸改性纤维素纳米晶双亲和界面对复杂样本高效协同富集机制，为蛋白质组学的多重、高灵敏分析提供了一个可持续、低成本的新平台，在疾病标志物发现与信号通路解析中具有重要应用价值。该研究发表于Advanced Science（DOI: 10.1002/advs.202523858）。
磷酸化纤维素纳米晶体的制备及其双亲和富集原理示意图
该系列研究成果以纤维素为核心，从分子设计出发，深度融合了材料科学、化学、仿生学等多学科前沿，在生物质基高端功能材料领域取得了一系列从概念创新到应用验证的系列突破，为林木生物质资源高值化利用提供了新途径和理论支撑。
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