功能性无机-纤维素纳米复合材料的电纺组装与设计研究

本项目以TiO2光催化体系与纤维素组装为研究对象，以电纺为主要组装方法，开展新型光催化复合材料的组装和设计研究。系统探讨TiO2光催化体系与纤维素在电流体动力学条件下的组装规律，研究组装体系的组成，溶剂和TiO2光催化体系与纤维素的极性，结构和立体构象间的关系，以及对复合材料结构，性质和功能的影响。利用原生纳米纤维素，细菌纤维素，纤维素衍生物和纤维素水凝胶，探索纤维素对TiO2光催化体系的结构导向作用和对目的功能材料综合性能的影响。预计组装出一批具有开发前景的无机-纤维素纳米复合功能材料。基于本项目的研究结果，总结无机-纤维素纳米复合材料电纺组装的经验规律，纤维素的结构导向作用，溶剂在组装中的作用，以及纤维素对无机质的功能强化作用。选择一种新无机功能质，利用已总结的经验规律，指导无机-纤维素复合功能材料的设计组装。

结题摘要. 利用生物大分子自组装纳米结构基元诱导无机质矿化、定向构筑具有特定多级结构的无机/有机功能体系是生物矿化的重要启示。近年来，随着仿生材料研究的发展，功能多级结构物质的定向构筑已经成为了研究热点。在本项目中，选择纤维素（如细菌纤维素）自组装体作为框架模板，研究其在诱导无机质矿化过程中的化学问题，以及对多级结构的调控作用。成功构筑了多种具有多级结构的纤维素/半导体纳米复合材料，并对其中关键科学问题包括（1） 纤维素结构导向作用，（2）多级结构与功能之间的关系等进行深入探讨。提出限域性矿化策略及多级结构导致功能优化。将已建立的框架模板策略拓展到分子筛体系，首次获得以分子筛纳米管为次级结构基元的多级结构分子筛块体材料。具有多级结构的复杂无机纳米材料体系通常具有更大的比表面积及吸附能力，多级结构化也宜于物质传输。复合纳米材料在光催化抑菌、光催化降解有机污染物、光催化裂解水产氢、有毒有害气体检测以及新能源等领域具有良好的应用潜质。