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壳聚糖增强纳米纤维素-蒙脱土复合膜的结构与性能

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复合材料学报 2024年

作者：汪云逸邹楚文尹冉尤政通王海刚东北林业大学生物质材料科学与教育部重点实验室

利用纤维素和无机物模仿天然贝壳中高度有序的“砖-砂浆”结构制备高强度功能复合材料，是制备绿色包装膜的优秀选择，二者的界面结合是获得理想结构与性能的关键。本文以羧基化纤维素纳米纤维(CNFMG)和蒙脱土(MTM)纳米片制备膜材料，... 详细信息

利用纤维素和无机物模仿天然贝壳中高度有序的“砖-砂浆”结构制备高强度功能复合材料，是制备绿色包装膜的优秀选择，二者的界面结合是获得理想结构与性能的关键。本文以羧基化纤维素纳米纤维(CNFMG)和蒙脱土(MTM)纳米片制备膜材料，采用壳聚糖(CS)通过静电作用增强界面结合。研究了CS与CNFMG和MTM之间的静电相互作用对纳米复合材料结构、力学性能和热稳定性的影响。结果表明，复合膜中MTM以纳米片状形态有序地分散于CNFMG网络间。与CNFMG-MTM二元膜相比，CS加入后的三元膜拉伸强度达到119.2 MPa，强度提升一倍；断裂能达到10.9 MJ/m3，韧性提升四倍。复合膜为半透明状，具有良好的紫外屏蔽性，CS的加入也提升了复合膜的热稳定性。本文的研究结果可为纤维素基珍珠层仿生材料的研究和应用提供思路。

关键词：纳米纤维素蒙脱土壳聚糖复合膜珍珠层结构仿生

水热炭化合成色氨酸衍生手性碳量子点及其手性识别性能研究

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中国科学：化学 2024年第6期54卷 903-915页

作者：范金玥徐明聪李伟安邦刘守新生物质材料科学与技术教育部重点实验室东北林业大学哈尔滨150040

在保留碳量子点性质的同时获得手性特征是手性碳量子点(CCQDs)合成的关键.本研究以氨基葡萄糖(N-Glu)为碳源,色氨酸对映体(L-/D-Trp)为手性源,采用水热炭化法制备出在紫外光下能够发出明亮蓝色荧光的手性碳量子点(L-/D-NCQDs).研究表明,... 详细信息

在保留碳量子点性质的同时获得手性特征是手性碳量子点(CCQDs)合成的关键.本研究以氨基葡萄糖(N-Glu)为碳源,色氨酸对映体(L-/D-Trp)为手性源,采用水热炭化法制备出在紫外光下能够发出明亮蓝色荧光的手性碳量子点(L-/D-NCQDs).研究表明, L-/D-NCQDs的平均粒径为4.0~4.5 nm,激发波长为310和368 nm,发射波长为450 nm.圆二色光谱证实了L-NCQDs和D-NCQDs为一对对映异构体,在220、280和350 nm处呈现相反且对称的手性信号.其中, 220 nm处较强的手性信号源于表面手性残基的保留. 280和350 nm的手性中心源于手性单体在碳核中的堆叠和光学跃迁. L-NCQDs对L-/D-天冬酰胺(L-/D-Asn)和L-/D-谷氨酰胺(L-/D-Gln)对映体展示出优异的手性识别性能.左旋对映体对L-NCQDs的荧光发射强度无明显影响,而右旋对映体能够显著增强L-NCQDs荧光发射强度,在0~6.25 m M范围内具有较好的线性关系,最低检测限为0.06和0.29 mM.对映选择性(ID-I0)/(IL-I0)分别为8.7和4.0.

关键词：水热炭化手性碳量子点色氨酸手性识别

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甘油聚合度对纤维素纳米晶体复合虹彩薄膜结构和湿度响应性能的影响

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复合材料学报 2024年

作者：安邦孙文野李光盈陈芋马春慧罗沙徐明聪李伟刘守新东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室

为了探究添加物聚合度对纤维素纳米晶体(CNC)复合虹彩膜的影响，利用不同聚合度的甘油与CNC通过蒸发诱导自组装的方法制备了CNC/(聚)甘油复合虹彩薄膜。系统地研究了甘油聚合度对CNC复合虹彩膜结构色、力学性能和湿度响应能力的影响。... 详细信息

为了探究添加物聚合度对纤维素纳米晶体(CNC)复合虹彩膜的影响，利用不同聚合度的甘油与CNC通过蒸发诱导自组装的方法制备了CNC/(聚)甘油复合虹彩薄膜。系统地研究了甘油聚合度对CNC复合虹彩膜结构色、力学性能和湿度响应能力的影响。结果表明，随甘油聚合度的增加，复合膜中CNC手性向列相结构的螺距变小，复合虹彩膜的颜色蓝移，最大反射波长降低了最多约40 nm。甘油的加入显著提高了复合虹彩膜的湿度响应能力，甘油聚合度越低，复合虹彩膜湿度响应能力越强，在高湿度下反射波长越大。其中甘油添加量为20wt%的虹彩膜在相对湿度为98%的环境中发生了170 nm的红移，膜颜色由青色变为红色；相较于纯CNC膜，(聚)甘油复合虹彩膜的力学性能显著提升。对于复合虹彩膜，随(聚)甘油分子链增长，虹彩膜的断裂伸长率和抗拉强度最大分别提升了1.58倍和2.48倍。

关键词：纤维素纳米晶体甘油聚合手性向列相结构结构色

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木材用于水伏发电的研究进展

林业工程学报 2024年第3期9卷 1-9页

作者：郭明辉林作鹏杜文鑫东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040

化石能源的过度使用带来能源枯竭与环境恶化问题,绿色可持续成为发展的首要目标。水能作为目前较为优质的清洁能源,其中一部分潜在的能量有待转化利用。近年来,水伏发电受到国内外学者的广泛关注,被认为是一种新兴的深度挖掘水能资源的... 详细信息

化石能源的过度使用带来能源枯竭与环境恶化问题,绿色可持续成为发展的首要目标。水能作为目前较为优质的清洁能源,其中一部分潜在的能量有待转化利用。近年来,水伏发电受到国内外学者的广泛关注,被认为是一种新兴的深度挖掘水能资源的手段,研究者们取得了一系列关于功能材料与水滴、水波、水蒸发与湿气等相互作用输出电能的研究成果。开发生物质基水伏发电材料有助于推动可再生能源的充分利用。木材是一种储量充足、可再生、易加工的材料,同时具有独特的多级孔道结构,内部富含极性基团,有良好的机械强度,因此木材在水伏发电领域具有一定应用前景。笔者总结了水伏发电技术的研究进展,阐述了水伏发电的理论基础,基于水伏效应的能量转换方式及其器件材料的选择,介绍了木材用作水伏发电器件材料的研究成果,归纳了研究者为提高水伏发电器件的输出功率,对木材进行表面修饰、孔道调控、材料负载、碳化处理的功能化改性方法,并对其面临的挑战与应用前景进行展望。

关键词：木材生物质水伏效应发电纳米材料功能化改性

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纤维素纳米晶结构色辐射冷制复合薄膜的制备及性能

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复合材料学报 2024年

作者：孙碧遥安邦孙文野马春慧徐明聪刘守新李伟东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室

辐射制冷通过向外太空发射热量来降低自身温度，是一种绿色、低碳和可持续的降温策略。大多数辐射制冷材料外观颜色单调，多为白色或透明状，而传统着色剂的加入会使材料吸收热量，降低辐射制冷性能。通过自组装法制备具有可调结构色的... 详细信息

辐射制冷通过向外太空发射热量来降低自身温度，是一种绿色、低碳和可持续的降温策略。大多数辐射制冷材料外观颜色单调，多为白色或透明状，而传统着色剂的加入会使材料吸收热量，降低辐射制冷性能。通过自组装法制备具有可调结构色的纤维素纳米晶体/聚乙二醇(CNC/PEG)复合辐射制冷薄膜。并将复合薄膜与多孔结构的醋酸纤维素(CA)膜结合，得到结构色辐射制冷双层复合膜。结果表明：纤维素纳米晶复合薄膜具有鲜艳的结构色，具有明显的双折射现象。随着PEG含量的增加，复合薄膜结构的螺距增大，颜色由蓝绿色转变为红色。CNC/PEG结构色复合薄膜在可见光波段最高反射率可达68.5%，在大气窗口波段的发射率高达93%，具有3.4 ℃左右的环境降温效果。CNC/PEG-CA双层复合膜在可见光波段最高反射率高达91.8%，在大气窗口波段的发射率可达32.2%。与复合薄膜相比，双层复合膜的降温性能更好，与环境温度相比，具有14.3 ℃左右温差。在户外测试中，与环境温度相比，复合薄膜可达到2 ℃左右的降温效果，双层复合膜可达到6 ℃左右的降温效果。

关键词：辐射制冷结构色纤维素纳米晶体手性向列结构双层复合膜

多孔通道结构纳米纤维膜的制备及油水分离性能

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木材科学与技术 2024年第1期38卷 32-41页

作者：毛竹远裴飞飞陈芋韩广萍程万里东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040

通过静电纺丝制备以聚丙烯腈(polyacrylonitrile,PAN)/聚乙烯吡咯烷酮(polyvinylpyrrolidone,PVP)为壳,PVP/纤维素纳米晶体(cellulose nanocrystal,CNC)为核的Janus结构纳米纤维膜,并利用绿色的水刻蚀法获得用于油水分离的多孔通道结构纳米纤维膜。结果表明,多孔通道结构增加了纳米纤维内部的储水空间,提供了额外的水分渗透路径,赋予了纳米纤维膜优异的亲水性和水下超疏油性。纳米纤维膜的孔隙率从54%提升至83%,水下油接触角从134°提升至164°,水通量从731 L/(m^(2)·h)提升至3344 L/(m^(2)·h)。纳米纤维膜对水包正己烷乳液的渗透通量高达1985 L/(m^(2)·h),滤液中的TOC含量低于50 mg/L,表明其油水分离效果较好。这种多孔通道结构纳米纤维膜的设计理念为开发油水分离膜提供了一种绿色的制造思路。

关键词：静电纺丝 Janus结构纳米纤维膜水刻蚀处理多孔通道结构油水分离

ZIF-67/氧化纳米纤维素衍生碳气凝胶的制备及其电化学性能研究

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木材科学与技术 2024年第2期38卷 20-28,35页

作者：黄佳琪陈芋裴飞飞程万里韩广萍东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室黑龙江哈尔滨150040

为获得具有优异电化学性能的三维网络结构碳气凝胶,以TEMPO-氧化纳米纤维素(TEMPO-oxidized nanocellulose,TOCNF)为基体,加入ZIF-67混合均匀后,通过定向冷冻干燥和一步碳化法制备ZIF-67/TOCNF衍生的氧化钴/碳(CoO/C)气凝胶。扫描电子... 详细信息

为获得具有优异电化学性能的三维网络结构碳气凝胶,以TEMPO-氧化纳米纤维素(TEMPO-oxidized nanocellulose,TOCNF)为基体,加入ZIF-67混合均匀后,通过定向冷冻干燥和一步碳化法制备ZIF-67/TOCNF衍生的氧化钴/碳(CoO/C)气凝胶。扫描电子显微镜观察发现,CoO/C气凝胶能够维持碳化前ZIF-67/TOCNF的原始结构,并且由ZIF-67衍生的CoO可均匀负载在碳骨架结构中,提供更多的反应位点;XRD测试结果表明ZIF-67/TOCNF气凝胶显示了接近纯ZIF-67的典型ZIF-67晶体的衍射峰,而归属于TOCNF的衍射峰被抑制。Co是通过ZIF-67的热分解得到的,高温碳化能够得到更好结晶度的Co/C复合材料;拉曼光谱分析表明CoO/C复合材料的石墨化程度较高;电化学测试分析表明CoO/C电极材料的双电层电容与其内部的三维孔结构密切相关,相比于其他碳化温度(500、600、800℃),当碳化温度为700℃时,CoO/C-700气凝胶电极材料具有较优的电化学性能,其比电容可达92 F/g(0.5 A/g),同时表现出较好的倍率性能和循环稳定性。

关键词： TEMPO-氧化纳米纤维素碳气凝胶咪唑酸盐金属有机骨架电极材料

木质基N,P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭制备及电容去离子性能研究

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功能材料 2024年第6期55卷 6026-6034页

作者：孔祥鑫张坤吴振威李伟刘守新东北林业大学生物质材料科学与技术教育部重点实验室哈尔滨150040 东北林业大学木质新型材料教育部工程研究中心哈尔滨150040

以落叶松木屑为原料,磷酸二氢铵(NH_(4)H_(2)PO_(4))为掺杂剂,氧化石墨烯(GOs)为改性剂,经过液化、树脂化、发泡、炭化以及CO_(2)活化制备出木质基N、P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭(N,P-GCF)。采用SEM、XRD、Raman、XPS、接触角测量仪分... 详细信息

以落叶松木屑为原料,磷酸二氢铵(NH_(4)H_(2)PO_(4))为掺杂剂,氧化石墨烯(GOs)为改性剂,经过液化、树脂化、发泡、炭化以及CO_(2)活化制备出木质基N、P共掺杂氧化石墨烯改性泡沫炭(N,P-GCF)。采用SEM、XRD、Raman、XPS、接触角测量仪分别对N,P-GCF的表面形态、晶体结构、化学性质、亲水性能进行分析,通过改变NH_(4)H_(2)PO_(4)的添加量探究其对泡沫炭孔结构、电化学性能及电容去离子性能(CDI)的影响。结果表明:经GOs改性与NH_(4)H_(2)PO_(4)掺杂后,孔泡尺寸下降,无序性提高。N,P-GCF具有分级孔结构。当NH_(4)H_(2)PO_(4)掺杂量为2 g时,具有最高的比表面积(2684.11 m^(2)·g^(-1))、总孔容(1.42 cm^(3)·g^(-1))和介孔率(49.45%),N、P质量分数分别为2.48%和3.46%。N元素主要以N-5、N-6、N-X形式存在,P元素主要为P-C、P-N。相比于CF,N,P-GCF2.0具有优异的润湿性及力学性能。在1 mol·L^(-1)NaCl电解液的三电极体系中,1 A·g^(-1)的电流密度时N,P-GCF2.0的比电容为256.48 F·g^(-1),当电流密度增加至15 A·g^(-1)时,比电容保持率达72.51%。在500 mg·L^(-1)的初始NaCl溶液、1.2 V的工作电压下,N,P-GCF2.0具有最佳脱盐能力(29.97 mg·g^(-1))及盐吸附速率(1.84 mg·g^(-1)·min^(-1)),10次循环后脱盐能力保留率为90.12%,具有较好的循环稳定性。

关键词：木质基 N,P共掺杂氧化石墨烯泡沫炭电容去离子

可见光响应S空位ZnIn_(2)S_(4)催化剂的制备及选择性氧化HMF研究

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林产化学与工业 2024年第2期44卷 33-41页

作者：徐俪菲侯浩强马春慧李伟罗沙刘守新东北林业大学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黑龙江哈尔滨150040

以硫代乙酰胺为硫源,采用一步法原位制备了具有丰富S空位的硫化铟锌(V S-ZIS)可见光催化剂,对其光催化5-羟甲基糠醛(HMF)选择性氧化为2,5-呋喃二甲醛(DFF)过程进行了研究,并分析了V S-ZIS光催化HMF选择性氧化制备DFF的机理。采用电子顺... 详细信息

以硫代乙酰胺为硫源,采用一步法原位制备了具有丰富S空位的硫化铟锌(V S-ZIS)可见光催化剂,对其光催化5-羟甲基糠醛(HMF)选择性氧化为2,5-呋喃二甲醛(DFF)过程进行了研究,并分析了V S-ZIS光催化HMF选择性氧化制备DFF的机理。采用电子顺磁共振(EPR)波谱证实S空位的存在,采用紫外-可见漫反射光谱(UV-vis DRS)、XPS考察V S-ZIS的光学性质和元素组成,利用SEM、XRD观察催化剂的表面形貌和晶相结构。研究结果表明:一步法可以成功制备ZnIn_(2)S_(4),其呈花瓣微球状,且Zn、In、S元素均匀分布,可见光波长吸收范围为420~530 nm;制备时间对ZnIn_(2)S_(4)的晶体结构没有产生明显影响,但通过控制制备时间可以调控催化剂中S空位,制备时间2~10 h制得的样品V S-ZIS-2~V S-ZIS-10中,6 h时制得的V S-ZIS-6具有丰富的S空位。80℃加热6 h制备的V S-ZIS-6在反应时间4 h、V S-ZIS-6/HMF质量比值3.2、HMF浓度1.0 mmol/L、空气流量20 mL/min条件下选择性氧化HMF的性能最佳,HMF转化率为95.4%,DFF产率为61.8%。V S-ZIS表面丰富的S空位能够促进O 2在催化剂表面吸附活化,通过捕获光生电子生成更多O_(2)^(-)·,从而提高催化剂对HMF的选择性氧化能力。

关键词：硫空位硫化铟锌 5-羟甲基糠醛光催化选择性氧化 2,5-呋喃二甲醛