北京林业大学许凤教授课题组在生物质基功能新材料研发领域的前沿探索与实践

北京林业大学许凤教授课题组长期致力于生物质资源的高值化利用研究，特别是在生物质基功能新材料的开发与生物化工产品技术创新方面取得了系列重要进展。课题组以林业剩余物、农作物秸秆等可再生生物质为原料，通过绿色、高效的转化策略，成功构建了一系列性能优异、应用前景广阔的新材料与化工产品，为生物质产业的可持续发展提供了有力的科技支撑。

一、 研究背景与核心方向
面对化石资源日益枯竭与环境问题的挑战，开发利用可再生的生物质资源已成为全球共识。许凤教授课题组立足林业工程与林产化学的学科优势，聚焦于将木质纤维素等复杂生物质组分解构并定向转化为高附加值产品。其核心研究方向主要包括：

1. 生物质纳米纤维素的精准制备与功能化改性：利用物理、化学及生物方法，从生物质中提取出具有优异力学性能、高比表面积和良好生物相容性的纳米纤维素，并通过表面修饰赋予其疏水、导电、吸附、荧光等特定功能，拓展其在复合材料、柔性电子、生物医学等领域的应用。
2. 生物质基多孔碳材料的可控合成与应用：以生物质为碳前驱体，通过活化、掺杂等工艺，制备具有特定孔结构（微孔、介孔、大孔）和表面化学性质的活性碳、碳气凝胶、碳纳米片等材料，广泛应用于能源存储（超级电容器、电池电极）、环境修复（吸附剂、催化剂载体）等领域。
3. 生物质衍生平台化学品的绿色催化转化：研究生物质组分（如纤维素、半纤维素、木质素）通过催化水解、氢解、氧化等途径转化为糠醛、5-羟甲基糠醛、木质素单体等高价值平台化学品，并进一步合成高性能聚合物、燃料添加剂或精细化学品。
4. 生物质基智能响应材料与生物医用材料：开发基于纤维素、壳聚糖等天然高分子的刺激响应性水凝胶、药物控释载体、组织工程支架等，探索其在智能传感、伤口敷料、再生医学等方面的应用潜力。

二、 代表性工作与技术研发亮点
课题组近年来在多个关键技术环节实现了创新突破：

• 绿色预处理与组分分离技术：开发了低能耗、低污染的物理/化学联合预处理方法，有效破解生物质抗降解屏障，实现纤维素、半纤维素和木质素的高效、清洁分离，为后续精准转化奠定基础。
• 纳米纤维素宏量制备与分散技术：优化了高压均质、机械研磨等工艺参数，实现了纳米纤维素的规模化稳定生产，并解决了其在聚合物基体中的均匀分散难题，显著提升了复合材料的性能。
• 功能材料的构效关系与性能调控：系统研究了材料制备工艺（如碳化温度、活化剂种类）、微观结构（如孔径分布、表面官能团）与其最终性能（如电化学性能、吸附容量）之间的内在联系，实现了材料性能的定向设计与精准调控。
• 生物化工过程的集成与强化：注重工艺路线的集成创新，例如将生物催化与化学催化相结合，构建“一锅法”串联反应体系，提高转化效率与原子经济性；或通过过程强化手段（如微波、超声辅助）缩短反应时间，降低能耗。

三、 应用前景与产业贡献
课题组研发的生物质基功能新材料与技术在多个领域展现出巨大的应用潜力：

• 环保领域：生物质基多孔碳材料用于高效吸附水体中的重金属离子、有机污染物；功能性膜材料用于水处理与分离。
• 能源领域：高性能生物质碳电极材料用于超级电容器和锂/钠离子电池，助力新能源存储；生物质衍生液体燃料或添加剂有助于降低对化石燃料的依赖。
• 高端制造与包装领域：纳米纤维素增强的轻质高强复合材料可用于汽车、航空的轻量化部件；全生物基可降解薄膜、涂层材料为绿色包装提供解决方案。
• 生物医学领域：生物相容性良好的纳米纤维素基水凝胶、敷料等产品，在医疗健康领域具有重要价值。

许凤教授课题组的工作，不仅推动了生物质转化基础理论的深化，更通过持续的技术研发，致力于将实验室成果推向产业化应用，为我国林产资源的高效利用、生物基材料产业的创新发展以及“双碳”目标的实现做出了积极贡献。课题组将继续深化在生物质精炼、分子设计、过程工程等方向的交叉研究，引领生物质基功能新材料与生物化工技术向更高层次迈进。