由于能源危机和环境污染,绿色和可持续的纤维素基材料越来越引起研究人员的兴趣。然而,开发纤维素的绿色溶剂仍然是一个巨大的挑战。离子液体是一种绿色溶剂,其溶解纤维素的机制是阳离子和阴离子的相互作用,破坏了纤维素分子结构中的氢键网络。质子离子液体是一类由质子酸和质子碱的混合而制备的溶剂,质子碱夺取质子酸中质子形成阳离子,质子酸失去质子形成阴离子,阴阳离子相互配合实现纤维素的溶解。因此,具有高离子强度的二酸成为溶解纤维素的理论候选者。并且,目前制备的纤维素溶液应用非常单一,拓展纤维素溶液的应用具有非常重要的意义。
近日,中国科学技术大学闫立峰教授带领研究团队设计出新型的二酸-超碱离子液体,可以高效溶解纤维素并同时制备多功能纤维素材料。本研究不再局限于单酸-超碱离子液体,创新性地提出了新型二酸-超碱离子液体,可分别最大限度地 15.2 wt% 的微晶纤维素(DP = 260)和 9.3 wt% 的脱脂棉(DP = 685)。
通过比较不同类型的二酸和超碱,分析了其结构对纤维素溶解度的影响,以及其在溶解过程中的相互作用。为了实现可持续发展,离子液体可以被回收来重复溶解纤维素。此外,还研究了纤维纺丝过程中纤维素溶液的流变性能。纤维素溶液与基底具有很强的吸引相互作用,并表现出普遍的粘接性能,木材和竹板的抗拉强度分别为 2.39 MPa 和 2.28 MPa。通过凝固浴再生和热压,再生纤维素膜表现出结构完整性、致密形态、高结晶度、优异的抗拉强度 (134 MPa)、足够的热稳定性和良好的透明度。最后,将制备的纤维素凝胶组装成锌离子混合超级电容器 (ZHSC),其具有宽的电压窗口、高能量密度和功率密度以及优异的循环性能。