杜海顺 李 滨

（1.中国科学院生物能源重点实验室，中国科学院青岛生物能源与过程研究所，山东青岛，266101；2.奥本大学化工学院，美国阿拉巴马州，36849）

纤维素是木质纤维原料中的主要骨架成分，约占干质量的30%～50%，是地球上最丰富的天然聚合物，其全球年产量约为1500亿t[1-2]。自安塞尔姆·佩恩（Anselme Payen）于1838年首次发现并分离出纤维素以来，人们对纤维素的合成机理、理化性质及结构特征进行了广泛研究，极大地促进了相关学科的发展[3]。纤维素主要结构单元为β-D-吡喃葡萄糖基，单元间彼此以β-1,4糖苷键连接形成线性高分子[4-5]，见图1(a)。一般而言，纤维素不以单个分子的形式存在，而是以由多个纤维素分子链形成的原细纤维（Elementary fibril）存在。原细纤维进一步有序地组成直径约5～10 nm，长度大于2µm的微纤维/微纤丝（Microfibrils），微纤维一般以直径大于15 nm的微纤维束存在[6]。根据纤维素分子排列的有序程度，微纤维主要由结晶区和无定型区组成。其中，结晶区由高度有序排列的纤维素分子组成，而无定形区主要由相对无序的纤维素分子构成[7]。沿着微纤维的轴向，纤维素的结晶区由无定形区连接起来，众多微纤维进一步聚集形成直径为1～3 mm，长度为20～50µm的纤维素纤维[8]。

图1 植物中纤维素的层级结构图和制备CNC、CNF示意图[9-10]Fig.1 Hierarchical structure of cellulose in plants and schematic illustration of preparation of CNC and CNF[9-10]

纳米纤维素是指直径在1～100 nm之间的纤维素纳米材料[11]。如图1(b)所示，依据尺寸、形貌以及制备方法的不同，从木质纤维原料中主要可以分离出2种类型的纳米纤维素：纤维素纳米晶体（Cellulose nanocrystal，CNC）和纤维素纳米纤丝（Cellulose nanofibril，CNF）[12]。CNC也被称为……