纳米纤维素的重要性（一种用于先进电化学储能的有前途的纳米材料）

近日，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李坚院士、于海鹏教授团队，同哈尔滨工程大学范壮军教授、韩国蔚山国立科技大学李相英（Sang-Young Lee）教授团队合作，在英国皇家化学会综述类旗舰刊 Chemical Society Reviews 发表综述文章，题为“Nanocellulose: A Promising Nanomaterial for Advanced Electrochemical Energy Storage”的综述文章（Chemical Society Reviews, 2018, DOI: 10.1039/c7cs00790f）。论文第一作者为材料科学与工程学院副教授陈文帅。全面地总结和比较了针对各种储能系统所开发的不同类型纳米纤维素材料。更为重要的是，对纳米纤维素及其衍生材料用于电极材料、隔膜材料和柔性储能器件的最新研究进展和内在优势提供了较为系统的理解，并对今后的研究前景进行了展望。

全文首先简要介绍了细胞壁内纤维素纳米纤维的结构特征，并详细介绍了制造具有不同结构和表面化学性质的纳米纤维素的各种工艺。其次，作者们重点介绍了一些利用纳米纤维素衍生材料应用于储能系统，包括超级电容器、锂离子电池、锂硫电池和钠离子电池。本部分主要集中于讨论纳米纤维素与其他活性材料的结合用于柔性基底的薄膜储能器件，纳米纤维素隔膜材料，纳米纤维素热解为碳材料，以及通过活化、杂原子掺杂、与其他活性材料进行杂化所形成的功能化材料。在本篇综述的最后，作者们对该研究领域在未来研究中需要进一步探索的几个问题发表了自己的观点与展望。

纤维素（cellulose）是由葡萄糖组成的大分子多糖。不溶于水及一般有机溶剂。是植物细胞壁的主要成分。纤维素是自然界中分布最广、含量最多的一种多糖，占植物界碳含量的50%以上。棉花的纤维素含量接近100%，为天然的最纯纤维素来源。一般木材中，纤维素占40～50%，还有10～30%的半纤维素和20～30%的木质素。

纤维素是植物细胞壁的主要结构成分，通常与半纤维素、果胶和木质素结合在一起，其结合方式和程度对植物源食品的质地影响很大。而植物在成熟和后熟时质地的变化则有果胶物质发生变化引起的。人体消化道内不存在纤维素酶，纤维素是一种重要的膳食纤维。自然界中分布最广、含量最多的一种多糖。

由于纤维素分子中氢键的存在，部分纤维素紧密地有序排列形成结晶结构，但不是所有的纤维素都会形成结晶结构。因此在一些天然纤维素结构中存在结晶态和无定性态。无定形态纤维素可以通过机械、酶降解或化学过程除去，从而得到纳米纤维素。根据尺寸、制备方法和来源不同，纳米纤维素通常可以分为三类：纤维素纳米纤维（cellulose nanofiber, CNF）, 纤维素纳米晶（cellulose nanocrystal, CNC）和细菌纳米纤维素（bacterial nanocellulose, BNC）。不管其来源如何，纤维素都是由 D-葡萄糖以 β-1,4-糖苷键组成的大分子多糖，分子量约 50,000~2,500,000。

《Chemical Society Reviews》是英国皇家化学学会旗下的顶级综述性期刊，在化学、材料及相关领域中有着非常高的学术影响力，影响因子为38.618。

范壮军，男，教授，哈尔滨工程大学材料科学与化学工程学院教授、博士生导师，国家“万人计划” 领军人才， 科技部”科技创新“领军人才，“龙江学者”特聘教授。博士毕业于中国科学院山西煤炭化学研究所，清华大学化工系博士后，美国斯坦福大学访问学者。获得黑龙江省科技进步一等奖（排名第一）2项，获得教育部新世纪优秀人才支持计划、黑龙江省杰出青年基金、黑龙江省青年科技奖和中国科学院院长优秀奖。研究方向为纳米炭材料的可控合成及其在储能、环保领域的应用，近几年在 Adv. Mater、ACS Nano、Adv. Funct. Mater、Adv. Energy Mater、Nanoscale、Chem. Commun、Carbon 等国际期刊上发表论文100余篇，已授权12项国家发明专利，承担10余项科研项目。