传统的塑料泡沫通常是由化石燃料衍生的聚合物生产的，这种聚合物在自然界中很难降解。作为替代品，纤维素是一种很有前途的可生物降解聚合物，可以用来制造更环保的泡沫，但这种工艺通常依赖于难以扩展和耗时的方法（如冷冻干燥和超临界干燥）。

近日，马里兰大学胡良兵教授，李腾教授开发了一种简单、可扩展的方法，即离子交联和常温干燥，以制备轻密度、坚固和可生物降解的纤维素−石墨泡沫。

文章要点

1）由于金属离子与带负电荷的纤维素纤维之间的静电相互作用建立了三维离子交联网络，湿式纤维素−石墨泡沫可以抵抗常温干燥过程中增加的毛细管力。值得注意的是，与未经离子交联处理的泡沫相比，Fe³⁺交联的纤维素−石墨泡沫具有多孔结构（平均孔径约为200 μm）、较高的水中抗离解能力和较高的压缩模数（1213 kPa）。

2）一价钾离子、二价钙离子、锌离子、铜离子和三价铝离子都可以用来制备孔结构均匀、抗压强度高的纤维素−石墨泡沫，具有很好的通用性。密度泛函理论（DFT）计算表明，不同金属离子与纤维素链的结合能大小顺序为：Ca²⁺>Fe³⁺>Al³⁺>Cu²⁺>Zn²⁺>K⁺>Na⁺，这与实验结果一致。

研究方法展示了在成本效益、能源效率和可扩展生产可持续泡沫材料方面的巨大潜力，适用于一系列应用。

参考文献

Ruiliu Wang, et al, Fabrication of Cellulose−Graphite Foam via Ion Cross-linking and Ambient-Drying, Nano Lett., 2022

DOI: 10.1021/acs.nanolett.2c00167

https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.2c00167