木質纖維素生物質是支撐生物經濟可持續發展的最重要資源來源。木質素作為木質纖維素的主要組分，同時是自然界中最豐富的芳香族有機高分子化合物。每年制漿及生物煉制工業可分離的木質素產量十分巨大，但實際商業化利用率不高。目前的工業過程通常將木質素解聚為低分子量、高度縮合且組成復雜的混合物，直接影響了其在分子設計、功能性開發及材料轉化方面的研究進程，嚴重地制約了木質素基高性能材料的開發及規?；瘧?。

近日，天津科技大學戴林/司傳領團隊聯合斯德哥爾摩大學Mika H. Sipponen團隊提出了一種顛覆性的觀點，即通過提高木質素的分子量解決工業木質素分子量小等問題，完善木質素高分子化學基本理論，拓展木質素在先進復合材料領域的規模化、高值化應用。該工作以題為“Lignin polymerization: towards high-performance materials”發表在《Chemical Society Reviews》2025年7月第54卷14期，并被遴選為正封面文章（Front cover）。天津科技大學博士研究生閆莉為第一作者，天津科技大學戴林/司傳領、斯德哥爾摩大學Mika H. Sipponen為共同通訊作者，天津科技大學為第一單位。

該工作被遴選為《Chemical Society Reviews》正封面文章（Front cover）

木質素可通過物理、化學和生物學方法，實現不同分子尺度、自下而上的可聚集/聚合。本文概述了現階段對木質素生物合成的理解，重點關注其在植物組織中的聚合過程，隨后系統地分析了物理聚集、共價交聯、化學法擴鏈/接枝、酶催化改性及聚合反應。

圖1、木質素的聚合策略以制備高性能材料

圖2、木質化過程、機制及木質素結構模型

圖3、木質素中主要結構單元的自由基偶聯過程

圖4、木質素在分子間作用力驅動下的物理聚集

圖5、化學接枝、化學交聯等實現木質素聚合路徑

圖6、基于木質素的擴鏈反應以及形成三維網絡/熱固性聚合物的示意圖

近年來，木質素化學及分析技術的迅速發展使得人們對木質素的分子結構有了更深入的了解，這反過來又催生了先進的改性技術，進而創造出了多種新型木質素基復合材料、纖維以及微/納米材料。從結構上看，木質素的進一步大分子化能夠使其具有更長的分子鏈、更高的分子量以及更高的分子分支度。這將使木質素在保持本身的固有特性（生物相容性、生物可降解性、可回收性、抗菌性和抗紫外線性、粘性等）之外，提升其在機械、熱穩定、可紡、導電、吸附等方面的性能，拓展其在生物醫學、電子、環境和能源等領域的應用。

圖7、常見工業木質素的特性及針對木質素基聚合物材料應用性能提升思路

最后，本文提到盡管現階段化學改性的途徑相對簡單、靈活，但從環境和經濟可持續的角度出發，開發物理和生物途徑十分必要。通過物理技術實現對木質素的可控超分子聚集，可對材料微觀和納米尺度結構進行調控，這些技術可獨立應用或與其他改性方法結合使用，能夠制備具有特定形態的高性能材料。此外，通過酶催化法對木質素改性、聚合也展現出很好的應用前景，該方向的深入研究對揭示木質素聚合物材料的“結構-功能-性能”間的關系同樣至關重要。作者認為隨著對木質素聚合機制的深入理解，結合木質素化學、膠體化學和聚合物科學領域的不斷發展，木質素有望成為一種可持續、綠色生物基原材料，成為人類日常生活和精密領域不可或缺的組成部分。

原文鏈接：https://doi.org/10.1039/d4cs01044b

戴林，教授、博導，國家級青年人才、國家林草局青年拔尖人才，主要從事紙基功能材料、木質素高值化利用研究。主持國家重點研發計劃子課題、國家自然科學基金、天津市杰青等項目。在Adv Mater、Adv Funct Mater、Chem Soc Rev等期刊發表學術論文100余篇，出版《木質素及其功能材料》、《木質素化學》等專著。研究成果曾獲中國商業聯合會科技進步一等獎、中國輕工業聯合會科技進步二等獎、中國產學研合作創新成果獎二等獎等。

司傳領，教授、博導、科技處副處長、全國青聯委員。國家級領軍人才、教育部新世紀優秀人才支持計劃、國家林草局科技創新領軍人才，主要從事制漿造紙及生物質資源高值化利用方面的教學研究工作，以第一或通訊作者在Adv Mater、Energ Environ Sci、Angew Chem Int Ed、Chem Soc Rev等期刊發200余篇，授權專利50余項。入選科睿唯安“全球高被引科學家”榜單、ScholarGPS全球前0.05%頂尖科學家榜單、愛思唯爾“中國高被引學者”、美國斯坦福大學“全球前2%頂尖科學家”終身科學影響力和年度科學影響力榜單。主持國家重點研發計劃課題、國家自然科學基金、教育部、人社部、天津市重點研發計劃、企業委托課題，研究成果獲教育部霍英東教育基金會高等院校青年教師獎、國家林草局梁希林業科技進步獎、中國商業聯合會科技進步獎、中國輕工聯合會科技進步獎、中國產學研合作促進會產學研合作創新成果獎等。

Mika H. Sipponen，斯德哥爾摩大學材料化學系副教授、瑞典瓦倫堡科學院會士、瑞典戰略研究基金會未來科研領袖項目主席。致力于木質素等工業副產物的功能材料研究，多項工作發表于Sci Adv、Nat Commun、Chem Soc Rev等期刊。近年來主持歐盟科研起步基金、歐盟跨國研究網絡合作計劃等項目，2020年獲Nouryon Nordic Prize。