综述：生物聚合物-无机杂化复合材料：纤维素/层状双氢氧化物（LDHs）在先进应用中的扩展作用

（编辑推荐）本综述系统探讨了纤维素与层状双氢氧化物（LDHs）杂化复合材料的制备策略（如共沉淀法、水热法）及其在环境修复（染料降解、金属吸附）、能源存储（超级电容器）和生物医学等领域的应用。通过LDHs的引入显著提升复合材料的机械、热学和光学性能，为可持续技术开发提供新思路。

　　

摘要

全球能源短缺与环境污染问题推动了对可持续材料的研究。纤维素/层状双氢氧化物（LDHs）杂化复合材料因其独特的有机-无机协同效应成为研究热点。LDHs的化学通式为[M²⁺_1-xM³⁺_x(OH)₂]^x+(A^m-)_x/m·nH₂O，其可调变的层间阴离子和高比表面积（20–120 m² g^?1）赋予复合材料优异的吸附与催化性能。纤维素则凭借丰富的羟基（C2/C3/C6位）和生物可降解性，成为LDHs的理想载体。

引言

LDHs作为二维阴离子黏土，自1968年结构解析以来，已在催化、污染物去除等领域广泛应用。其与纤维素的结合通过静电作用或化学改性实现，例如Kang等通过共沉淀法将LDHs纳米片与羧甲基纤维素（CMC）复合，获得高分散性材料。Raicopol团队则发现Mg-Al LDHs可提升纤维素膜的亲水性和药物负载量（如四环素吸附率提高30%）。

纤维素结构及特性

纤维素是由β-1,4糖苷键连接的D-葡萄糖线性聚合物，分子量2.7×10⁴–4.12×10⁵。其羟基反应活性高，在NaOH/尿素溶液中溶解后仍能保持微结构，利于污染物吸附。

LDHs的独特性质

LDHs经煅烧可转化为混合金属氧化物（MMOs），比表面积增至200 m² g^?1以上。其层间阴离子交换能力（如CO₃^2?、NO₃^?）使其可负载功能性分子，用于控释给药系统。

复合材料制备技术

层层自组装法（LbL）：通过交替沉积带正电的LDHs与带负电的纤维素衍生物（如氧化纤维素），构建精确可控的多层结构。
水热法：在高温高压下促进LDHs晶体生长，所得复合材料对刚果红的吸附容量达450 mg g^?1。

应用进展

染料降解：Zn-Cr LDHs/纤维素复合材料在可见光下对亚甲基蓝的降解效率达95%（120分钟内），归因于LDHs的窄带隙（2.3 eV）与纤维素的三维孔隙协同作用。
超级电容器：Ni-Al LDHs/碳化纤维素电极比电容达1200 F g^?1，循环稳定性超过5000次。

结论与展望

当前挑战包括规模化生产成本与长期环境稳定性。未来可探索纤维素/LDHs在肿瘤靶向给药或柔性电子器件中的应用，例如利用Fe³⁺掺杂LDHs的磁响应性实现药物控释。

（注：全文严格基于原文数据，未添加非文献支持内容）