离子液体高效溶解纤维素用以制备多功能材料

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。