[00859517]基于天然高分子的环境友好功能材料构建及其构效关系

该研究内容属于天然高分子化学、高分子物理、环境化学、材料和农业化学的交叉学科。面对环境保护和可持续发展的严峻挑战，项目完成人利用可再生的动、植物资源中天然高分子为原料，通过非共价键作用力构建新的生物质基材料，而且它们废弃后在土壤中可生物降解，属环境友好材料。主要研究对象为纤维素、甲壳素、大豆渣蛋白质、淀粉等天然高分子的结构特点及分子拆分和重组，由此提出新概念和新理论、发现新规律、创造出新物质。主要发现点：①突破传统使用有机溶剂和加热溶解的传统方法，创建NaOH/尿素水溶剂体系和低温快速溶解纤维素的崭新方法，并提出大分子和小分子自组装形成以尿素为壳包围纤维素的水溶性氢键配体，它低温较稳定，从而引起溶解的新机理；②利用低温溶解的纤维素溶液通过分子重组构建一系列新型再生纤维素丝、膜以及光、电、磁和分离材料，提出微-纳多孔结构构建无机-纤维素杂化材料的新路线，并且建立材料结构与功能之间的关系；③通过调控分子参数与离子交联构建成基于壳聚糖的生物功能材料(智能、缓释、抗菌、保湿)、纳米材料和新型精细生化制品，并揭示其结构与生物活性的构效关系；④利用聚多糖或蛋白质的氢键和静电作用力，创建系列新型功能材料(重金属离子吸附剂、无机纳米插层及聚多糖纳米晶须增强蛋白质材料、半-互穿网络聚多糖塑料)，提出重金属离子复合吸附机理模型，并且建立天然高分子及其材料表征新方法。综上所述，项目完成人不仅用生物质天然高分子为原料创造出结构和功能独特的新物质，而且开辟了水溶剂体系低温溶解难溶性纤维素的“绿色”途径，并提出低温溶解的新理论。由此，该项目在天然高分子研究领域形成了系统的原创性科研成果。该成果已在《AdvMater》、《Biomaterials》、《ChemMater》、《Macromolecules》和《Biomacromol-ecules》等刊物发表学术论文332篇(SCI收录)。其中8篇代表作平均影响因子为6.6，他人正面引用总数656次。20篇核心论文被权威刊物ChemRev、ChemSocRev、ProgPolymSci.、AngewChemInt.Ed.等SCI他引1194次，引用总数1858次。单篇最高他引总数218次。由于创新性强，以上成果已获授权中国发明专利101项和国际专利1项。国际同行高度评价该新溶剂的发现是纤维素领域的重大突破，它价廉、无毒、环境友好以及溶解快速，在纤维素技术和工业上有巨大应用开发潜力。由此，张俐娜荣获2011年度美国化学会AnselmePayen奖，这是国际上纤维素和再生资源材料领域最高奖。