人工扭结缺陷驱动纳米纤维素机械化学高效降解的分子机制与策略

针对纳米纤维素(nanocellulose)结晶结构顽固导致水解效率低下的难题，研究人员通过多尺度建模与原位实验揭示了人工扭结缺陷(artificial kink defects)如何通过局部塑性变形和非线性分子几何结构激活水解反应路径，提出两步机械化学预处理策略显著提升降解效率，为生物质可持续转化提供了新范式。

　　

在追求可持续发展的背景下，破解纳米纤维素(nanocellulose)顽固结晶结构对水解反应的阻碍成为关键科学问题。最新研究揭示了人工扭结缺陷(artificial kink defects)如何通过机械化学(mechanochemistry)作用实现高效降解——局部微观结构的塑性变形诱导扭结缺陷形成，这些位点的非线性分子几何特征显著降低了水解反应能垒。

通过多尺度建模与原位表征技术，研究者构建了"机械预处理-定向水解"的两步策略：先通过机械外力创造扭结缺陷作为优先反应位点，再触发低能垒水解路径。这种创新方法使纤维素链的断裂效率产生质的飞跃，其机制在于扭结缺陷处发生的¹
分子构象畸变和₂
氢键网络重构。

该研究不仅填补了生物圈利用机械力降解纤维素分子机制的认知空白，更建立了从微观缺陷调控到宏观工艺设计的完整框架。这种将机械化学与生物质转化相结合的策略，为开发新一代绿色生物精炼技术提供了理论基石，在生物能源(bioenergy)和生物经济(bioeconomy)领域展现出广阔应用前景。