Atomic Force Microscopy and Molecular Dynamics Simulations for Study of Lignin Solution Self‐Assembly Mechanisms in Organic–Aqueous Solvent Mixtures

水溶液 溶解 分子动力学 木质素 丙酮 化学 溶剂 四氢呋喃 恐溶剂的 化学工程 纳米材料 计算化学 有机化学 工程类
作者
Jingyu Wang,Yong Qian,Libo Li,Xueqing Qiu
出处
期刊:Chemsuschem [Wiley]
卷期号:13 (17): 4420-4427 被引量:138
标识
DOI:10.1002/cssc.201903132
摘要

Abstract Lignin‐based nanomaterials fabricated by solution self‐assembly in organic–aqueous solvent mixtures are among the most attractive biomass‐derived products. To accurately control the structure, size, and properties of lignin‐based nanomaterials, it is important to achieve fundamental understanding of its dissolution and aggregation mechanisms. In this work, atomic force microscopy (AFM) and molecular dynamics (MD) simulations are employed to explore the dissolution and aggregation behavior of enzymatic hydrolysis lignin (EHL) in different organic–aqueous solvent mixtures at molecular scale. EHL was found to dissolve well in appropriate organic–aqueous solvent mixtures, such as acetone–water mixture with a volume ratio of 7:3, whereas it aggregated in pure water, ethanol, acetone, and tetrahydrofuran. The interactions between the EHL‐coated AFM probe and the substrate were 1.21±0.18 and 0.75±0.35 m N m −1 in water and acetone, respectively. In comparison, the interaction decreased to 0.15±0.08 m N m −1 in acetone–water mixture (7:3 v / v ). MD simulations further indicate that the hydrophobic skeleton and hydrophilic groups of lignin could be solvated by acetone and water molecules, respectively, which significantly promoted its dissolution. Conversely, only the hydrophobic skeleton or the hydrophilic groups were solvated in organic solvent or water, respectively, inducing serious aggregation of lignin.
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