德国哥廷根大学张凯教授团队：纤维素材料的光学特性

近日，德国哥廷根大学张凯教授团队在AMR发表述评文章“Unique Optical Properties of Cellulosic Materials”，概述了纤维素基材料最普遍的几种光学特性，包括双折射和结构着色、本征发光及其在荧光材料和圆偏振发光中的应用，以及对未来研究的展望。

关键词：纤维素、发光、双折射、圆偏振发光

The optical properties of cellulosic materials arise from each scale of material development from molecular wherein the presence of additional heteroatoms and functional groups can encourage through-space conjugation, to the polymeric scale wherein the emergence of chirality from ‘handedness’ of the glycosidic bonds gives rise to birefringence and CPL.

01 文章内容简介

在这篇述评中，作者概述了纤维素材料的一些最具影响力的光学特性，包括双折射、圆偏振发光和聚集诱导发光，以及它们的应用和对未来研究的展望。这些光学现象都是由原子、分子和大分子尺度上的本征性质产生的。进一步地，作者详细讨论了大分子结构的变化如何影响整体光学特性，其中包括尺寸（尤其是纵横比）、堆积密度/浓度、相位和其他材料或组分的存在。

02 AMR：请问您选择该领域的初心是？

作者团队：

纤维素是最丰富的生物聚合物之一，具有令人难以置信的多功能性。其中纤维素光学特性领域不仅结合了复杂的光物理研究，同时也让研究人员思考自然世界是多么的奇妙。在研究纤维素时，我经常想，为什么树干或细菌细胞需要具有这种程度的光学复杂性？尽管纤维素基材料目前得到了广泛的研究和应用，但基于纤维素自身的复杂性，还有很多问题未被或未被完全解决。

03 AMR：请和大家分享一下这个领域可能会出现的研究机会！

作者团队：

和许多材料化学家一样，我经常发现：材料最有趣的特性是那些我可以看到或想象到应用于我自己生活中的特性。因此，我认为纤维素光学领域最有趣的主题之一是使用纤维素“自发荧光”进行传感（例如最近这篇关于感应红酒中单宁的论文 https://doi.org/10.1016/j.carbpol.2023.121494）和生物成像（10.1021/acssuschemeng.1c07358），我们在论文中简要讨论过。然后，再生纤维素的研究也展现出前景。它使研究人员能够赋予纤维素材料二次生命，这对于许多国家实现循环经济和延长给定原材料的使用寿命的目标至关重要。因此，该领域很可能在未来一段时间内得到快速发展。最近对再生纤维素光学特性的研究表明，这些材料表现出一些意想不到的性质。

作者团队简介

张凯，德国哥廷根大学教授，森林科学与森林生态学院生物技术中心执行主任，木材技术与木基复合材料系主任。主持了欧盟、德国科学基金会(DFG)、德国联邦食品与农业部、德国联邦经济与能源部、洪堡基金会、下萨克森州科学与文化部、德国化学工业协会等多个项目。此外，张凯教授还在Nature Sustainability、Nat. Commun.、Angew. Chemie. Int. Ed.、Adv.  Mater.、ACS Energy Lett.、ACS Nano、Adv. Funct. Mater.期刊上发表论文160余篇。

Jade Poisson，德国洪堡学者与NSERC（加拿大自然科学与工程研究委员会）博士后研究员，任职于哥廷根大学木材技术与木基复合材料系。她于 2018 年在加拿大安大略理工大学获得理学学士学位，之后于 2023 年在加拿大不列颠哥伦比亚大学获得博士学位，指导教授是 Zachary Hudson。她目前的研究兴趣包括表面引发聚合和木质发光和储能材料。

团队合影：

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Unique Optical Properties of Cellulosic Materials

Jade Poisson and Kai Zhang*

原文链接：

https://pubs.acs.org/doi/10.1021/accountsmr.4c00013

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