Decoding Dual-Ion Synergy in AlCl3/ZnCl2 Hydrates: An Atomic “Interaction–Penetration–Dispersion” Mechanism for Ambient Cellulose Valorization

纤维素 离子 材料科学 色散(光学) 渗透(战争) 双重目的 化学工程 化学物理 无机化学 化学 光学 有机化学 物理 运筹学 机械工程 工程类
作者
Xin Li,Zhonghao Chen,Xi Guan,Huicong Jiang,Ming Yan,Lili Zhang,Jinxia Ma,Lei Wang,Zhiguo Wang
出处
期刊:ACS Nano [American Chemical Society]
卷期号:19 (22): 20991-21006 被引量:12
标识
DOI:10.1021/acsnano.5c04142
摘要

While the inorganic salt systems have demonstrated ambient cellulose dissolution, the atomic-scale mechanisms governing their unparalleled efficiency and sustainability remain unresolved. Here, we advance the typical inorganic salt solvent of the AlCl3/ZnCl2/H2O system by unraveling the hierarchical "interaction-penetration-dispersion" mechanism through multidimensional characterization and simulations. High-charge-density Al3+ ions initiate hydrogen bond disruption via strong electrostatic interactions (interaction), while their small hydrated radius enables ultrafast fibril infiltration (penetration). Concurrently, Zn2+ ions stabilize dissolved chains through solvation shielding (dispersion), achieving complete dissolution of cellulose within 10 min, 4-fold faster than single-ion ZnCl2 systems. Density functional theory confirms thermodynamic spontaneity (ΔG = -0.59 eV), and life cycle assessment demonstrates an 85% lower carbon footprint of 2.94 kg CO2-eq/kg of bioplastics compared to polyvinyl fluoride plastics. The regenerated cellulose films exhibit exceptional mechanical strength (94.9 MPa) and rapid biodegradability (100% degradation in soil within 20 days), addressing both performance and environmental demands. We establish universal design principles for green solvent engineering by correlating hydration-regulated ionic ratios with dissolution kinetics. This work bridges the gap between fundamental ion-cellulose dynamics and scalable production of multifunctional materials, including conductive hydrogels (41.72 mS/cm), ultralight aerogels (829.4 kPa), and flexible fibers, propelling sustainable applications in flexible electronics, eco-packaging, and eco-textiles.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
化工兔完成签到,获得积分10
1秒前
1秒前
脆皮小小酥完成签到 ,获得积分10
2秒前
老实幻姬完成签到,获得积分10
2秒前
liu完成签到,获得积分10
2秒前
华仔应助A1phaYi采纳,获得10
4秒前
月上柳梢头A1完成签到,获得积分10
5秒前
姜忆霜完成签到 ,获得积分10
5秒前
张帆远航完成签到,获得积分10
6秒前
kapuxinxin完成签到,获得积分10
6秒前
知识进脑子吧完成签到 ,获得积分10
7秒前
精神的精神病完成签到,获得积分10
8秒前
12秒前
mm_zxh完成签到,获得积分10
13秒前
英俊的铭应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
尹英宇完成签到 ,获得积分10
13秒前
13秒前
慕青应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
华仔应助科研通管家采纳,获得10
13秒前
下里巴人完成签到,获得积分10
14秒前
14秒前
秋秋完成签到,获得积分10
14秒前
研友_ngKkzn完成签到,获得积分10
17秒前
18秒前
清风完成签到,获得积分10
19秒前
糟糕的翅膀完成签到,获得积分10
19秒前
xch1117应助123456采纳,获得10
20秒前
20秒前
hyxxx完成签到,获得积分10
20秒前
藤藤菜完成签到,获得积分0
22秒前
喵喵完成签到 ,获得积分10
22秒前
朴实的沛凝完成签到 ,获得积分10
22秒前
认真迎海完成签到,获得积分10
22秒前
爱笑果汁发布了新的文献求助10
23秒前
chenguanyiren完成签到 ,获得积分10
24秒前
doudou完成签到 ,获得积分10
25秒前
Yuan完成签到 ,获得积分10
28秒前
香蕉觅云应助博修采纳,获得10
29秒前
如意葶完成签到 ,获得积分10
29秒前
Joy完成签到,获得积分10
29秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
Principles of town planning: translating concepts to applications 1000
Management and the Arts 510
Matrix Methods in Data Mining and Pattern Recognition Second Edition 510
The role of consumer psychology in the marketing strategies of pop mart in Thailand 500
核安全综合知识2024版 500
Photothermal Science and Techniques 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 医学 生物 纳米技术 工程类 有机化学 化学工程 生物化学 计算机科学 内科学 物理 复合材料 催化作用 细胞生物学 无机化学 光电子学 物理化学 电极 基因
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 7720871
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 9274185
关于积分的说明 20101284
捐赠科研通 7297088
什么是DOI,文献DOI怎么找? 3300271
关于科研通互助平台的介绍 2454172
邀请新用户注册赠送积分活动 2307724