甲壳素/壳聚糖在生物基电解质中的溶解机理及其凝胶新材料研究

One of the most important research directions in the subject of new material industry is the exploration of the conversion of natural polymer to eco-friendly materials. Considering the key issues of materialisation of chitin/chitosan, this project is going to develop green bio-based electrolyte solutions for efficient dissolution of chitin/chitosan. The dissolution mechanism in electrolytes will be elucidated; the rheology of the as-prepared solutions, the evolution of the chain structures and aggregation structure will be studied; the controllable construction of the ionogel based on [2+2] cycloaddition via photo-crosslinking, the hydrogen bond-induced regenerated gel and the organic-inorganic hybrid gel will be researched; the association relationship between the structure and conductivity/photo-catalytic properties will also be investigated. With the chitin/chitosan solution, the dissolution mechanism and the new theories for gels with controllable structures will be investigated to lay the theoretical foundation for the preparation of the functional applications. The successful enforcement of this project will provide new knowledge in sustainable utilization of chitin/chitosan and also further contribute the harmonious development of society.

利用天然生物质资源构建生态友好的高分子新材料是国际新材料产业发展的重要方向。围绕甲壳素/壳聚糖材料化过程中的关键科学问题，本项目拟构建生物基电解质溶解平台，阐明甲壳素/壳聚糖溶解发生机理；研究均相溶液的流变学性质;揭示链结构与聚集态结构的演变规律；研究[2+2]环加成光交联离子液体凝胶、氢键诱导再生凝胶以及有机-无机杂化凝胶的可控构筑；揭示凝胶微结构与电化学性能/光催化活性之间的构效关系。建立甲壳素/壳聚糖溶解新平台，建立可控的甲壳素/壳聚糖凝胶材料制备新理论和新方法，为其功能性应用奠定坚实基础。该项目的成功立项，将为甲壳素/壳聚糖可持续高效利用提供新思路，为我国经济与资源、环境协调发展提供技术支撑。

利用天然生物质资源构建生态友好的高分子新材料是国际新材料产业发展的重要方向之一。甲壳素/壳聚糖是非常重要的海洋生物质资源，来源广泛，价格低廉，具有良好的生物降解性和相容性。本项目围绕甲壳素/壳聚糖材料化过程中的关键科学问题，从考察甲壳素/壳聚糖在生物基电解质溶液体系中的溶解出发，在深入理解溶解机理、溶液性质、聚集态结构调控、化学反应机制的基础上，构建甲壳素/壳聚糖凝胶及膜新材料。在本项目中，（1）发展了以生物质平台分子γ-戊内酯和离子液体组成的有机电解质溶液体系用于甲壳素的溶解，测定了甲壳素在不同摩尔比的离子液体/γ-戊内酯有机电解质溶液中的溶解度，阐明了甲壳素的溶解机制以及溶液性质等基础科学问题。（2）基于离子液体/γ-戊内酯有机电解质体系，开发了纳米SiO2增强壳聚糖物理凝胶，并将其作为凝胶电解质用于超级电容器，阐明了电化学性质和凝胶结构之间的构效关系。（3）利用壳聚糖的氨基基团，将其溶解于功能化的有机酸水相电解质溶液中，成功制备出高性能的壳聚糖水溶性膜、壳聚糖/Au NPs纳米复合水凝胶，实现了材料结构与性能的调控。（4）在此基础上，系统地研究了纤维素在新型CO2基溶剂体系中的流变性质及凝胶化机理。本研究成果为甲壳素/壳聚糖的功能性高值化应用提供了新思路。