综述：超分子化学工程构建纤维素纳米复合材料

（编辑推荐）本综述系统阐释了如何通过超分子化学（Supramolecular Chemistry）定向调控纤维素（Cellulose）纳米复合材料的力学、离子、光学及热学特性，为开发生物可降解、碳中和的高性能材料提供创新策略，助力实现环境可持续目标。

　　

Abstract

日益严峻的环境问题推动石油基材料向可再生资源转型。纤维素作为储量丰富、可生物降解的天然生物聚合物（Biopolymer），其应用已从传统造纸、纺织延伸至能源存储（Energy Storage）、医疗健康（Healthcare）、食品化妆品等新兴领域。超分子化学通过非共价键（Non-covalent Interactions）实现纳米纤维素（Nanocellulose）与基质组分的可逆、定向结合，为材料性能调控开辟了新路径。

多尺度超分子工程

纤维素纳米复合材料的性能调控依赖于分子-介观-宏观尺度的协同设计。氢键（Hydrogen Bonding）、π-π堆积和静电相互作用可精确调控材料的机械强度（如杨氏模量提升30-50%）和离子传导性（Ionic Conductivity）。通过表面修饰羧甲基（-COOH）或季铵盐基团（-NR₄
⁺
），可实现pH响应性溶胶-凝胶转变（Sol-Gel Transition），适用于药物控释载体。

功能化应用

在生物医学领域，纳米纤维素的超分子组装体（Supramolecular Assembly）可模拟细胞外基质（ECM），促进组织再生。光学调控方面，手性向列相（Chiral Nematic Phase）结构赋予材料结构色（Structural Color），适用于无染料着色技术。热稳定性（Thermal Stability）通过木质素（Lignin）共价交联提升至300°C以上，满足电子器件封装需求。

环境可持续性

超分子相互作用的可逆特性（Reversibility）使材料具备闭环回收潜力。酶解（Enzymatic Degradation）和光催化降解（Photocatalysis）实验显示，90%的复合材料可在自然环境中矿化为CO₂
和水，符合循环经济（Circular Economy）要求。当前挑战在于规模化生产中超分子网络的稳定性控制，未来需开发仿生（Biomimetic）动态交联策略。