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我院鄧紅兵/趙澤團隊在《PNAS》發表高性能防水生物質材料研究成果，為“以廢治塑”提供新方案

文章來源：新能源網更新時間：2025-11-11 16:31:48

近日，國際頂級學術期刊《美國科學院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）在線發表了武漢大學資源與環境科學學院鄧紅兵教授、趙澤副教授團隊在可持續生物質材料領域的最新研究成果。團隊利用廢棄生物質資源，開發出一種兼具高強度與防水性的可降解生物復合材料，其性能可與傳統石油基塑料相媲美，為“以廢治塑”的綠色發展理念提供了全新的技術路徑。這是該團隊繼在 Science Advances 發表相關成果后，在可降解塑料領域取得的又一重要突破。

隨著石油基塑料的廣泛使用，全球正面臨資源消耗與環境污染的雙重危機，開發可持續替代材料迫在眉睫。作為地球上儲量最豐富的天然高分子，纖維素因其可再生、可降解特性，被視為理想的可持續替代材料。然而，其固有的強親水性與力學強度不足，限制了在實際應用中的推廣。現有改性方法雖可改善性能，但往往伴隨高能耗和二次污染，形成“性能提升與綠色制備難以兼得”的技術瓶頸。因此，開發一種能夠同步增強纖維素材料耐水性與機械強度，且制備過程簡單、環境友好的技術策略，是實現石油基塑料替代所必須解決的核心挑戰。

針對這一挑戰，團隊提出了一種基于多尺度自發組裝與重組的生物質協同構筑策略。研究巧妙結合三種天然生物質組分的理化結構互補性：纖維素纖維提供結構骨架、花粉微凝膠顆粒作為自適應界面填充劑、殼聚糖發揮分子粘合與密封作用。三者協同作用形成分級網絡結構，實現了力學強度與耐水性能的同步提升。該材料不僅具備高強度與防水性，且完全可生物降解，制備過程無需高能耗或化學改性，充分體現綠色可持續理念。得益于殼聚糖的粘合特性，材料表面可實現無縫防水密封，在食品包裝、可降解吸管、防水貼片等領域展現出廣闊應用前景。研究成果為廢棄生物質高值化利用提供了新思路，也為塑料污染治理與循環經濟發展貢獻了創新方案。

相關研究成果近日以“Hierarchical assembly of biomass fiber–lamella–macromolecule networks for biocomposites with high strength and water-resistant sealing”為題發表于《PNAS》。武漢大學2022級博士研究生邱奕瑾為本文的第一作者，武漢大學鄧紅兵教授和趙澤副教授為本文共同通訊作者。研究工作獲得國家自然科學基金、中央高校基本科研業務費及武漢大學科研公共服務平臺的大力支持。

文章鏈接：

https://www.pnas.org/doi/10.1073/pnas.2521173122

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