木质纤维素生物质是支撑生物经济可持续发展的最重要资源来源。木质素作为木质纤维素的主要组分，同时是自然界中最丰富的芳香族有机高分子化合物。每年制浆及生物炼制工业可分离的木质素产量十分巨大，但实际商业化利用率不高。目前的工业过程通常将木质素解聚为低分子量、高度缩合且组成复杂的混合物，直接影响了其在分子设计、功能性开发及材料转化方面的研究进程，严重地制约了木质素基高性能材料的开发及规模化应用。
近日，天津科技大学戴林/司传领团队联合斯德哥尔摩大学Mika H. Sipponen团队提出了一种颠覆性的观点，即通过提高木质素的分子量解决工业木质素分子量小等问题，完善木质素高分子化学基本理论，拓展木质素在先进复合材料领域的规模化、高值化应用。该工作以题为“Lignin polymerization: towards high-performance materials”发表在《Chemical Society Reviews》2025年7月第54卷14期，并被遴选为正封面文章（Front cover）。天津科技大学博士研究生闫莉为第一作者，天津科技大学戴林/司传领、斯德哥尔摩大学Mika H. Sipponen为共同通讯作者，天津科技大学为第一单位。
该工作被遴选为《Chemical Society Reviews》正封面文章（Front cover）
木质素可通过物理、化学和生物学方法，实现不同分子尺度、自下而上的可聚集/聚合。本文概述了现阶段对木质素生物合成的理解，重点关注其在植物组织中的聚合过程，随后系统地分析了物理聚集、共价交联、化学法扩链/接枝、酶催化改性及聚合反应。
图1 木质素的聚合策略以制备高性能材料
图2 木质化过程、机制及木质素结构模型
图3 木质素中主要结构单元的自由基偶联过程
图4 木质素在分子间作用力驱动下的物理聚集
图5 化学接枝、化学交联等实现木质素聚合路径
图6 基于木质素的扩链反应以及形成三维网络/热固性聚合物的示意图
近年来，木质素化学及分析技术的迅速发展使得人们对木质素的分子结构有了更深入的了解，这反过来又催生了先进的改性技术，进而创造出了多种新型木质素基复合材料、纤维以及微/纳米材料。从结构上看，木质素的进一步大分子化能够使其具有更长的分子链、更高的分子量以及更高的分子分支度。这将使木质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、抗菌性和抗紫外线性、粘性等）之外，提升其在机械、热稳定、可纺、导电、吸附等方面的性能，拓展其在生物医学、电子、环境和能源等领域的应用。
图7 常见工业木质素的特性及针对木质素基聚合物材料应用性能提升思路
最后，本文提到尽管现阶段化学改性的途径相对简单、灵活，但从环境和经济可持续的角度出发，开发物理和生物途径十分必要。通过物理技术实现对木质素的可控超分子聚集，可对材料微观和纳米尺度结构进行调控，这些技术可独立应用或与其他改性方法结合使用，能够制备具有特定形态的高性能材料。此外，通过酶催化法对木质素改性、聚合也展现出很好的应用前景，该方向的深入研究对揭示木质素聚合物材料的“结构-功能-性能”间的关系同样至关重要。作者认为随着对木质素聚合机制的深入理解，结合木质素化学、胶体化学和聚合物科学领域的不断发展，木质素有望成为一种可持续、绿色生物基原材料，成为人类日常生活和精密领域不可或缺的组成部分。
原文链接：https://doi.org/10.1039/d4cs01044b
通讯作者简介：
戴林，教授、博导，国家级青年人才、国家林草局青年拔尖人才，主要从事纸基功能材料、木质素高值化利用研究。主持国家重点研发计划子课题、国家自然科学基金、天津市杰青等项目。在Adv Mater、Adv Funct Mater、Chem Soc Rev等期刊发表学术论文100余篇，出版《木质素及其功能材料》、《木质素化学》等专著。研究成果曾获中国商业联合会科技进步一等奖、中国轻工业联合会科技进步二等奖、中国产学研合作创新成果奖二等奖等。
司传领，教授、博导、科技处副处长、全国青联委员。国家级领军人才、教育部新世纪优秀人才支持计划、国家林草局科技创新领军人才，主要从事制浆造纸及生物质资源高值化利用方面的教学研究工作，以第一或通讯作者在Adv Mater、Energ Environ Sci、Angew Chem Int Ed、Chem Soc Rev等期刊发200余篇，授权专利50余项。入选科睿唯安“全球高被引科学家”榜单、ScholarGPS全球前0.05%顶尖科学家榜单、爱思唯尔“中国高被引学者”、美国斯坦福大学“全球前2%顶尖科学家”终身科学影响力和年度科学影响力榜单。主持国家重点研发计划课题、国家自然科学基金、教育部、人社部、天津市重点研发计划、企业委托课题，研究成果获教育部霍英东教育基金会高等院校青年教师奖、国家林草局梁希林业科技进步奖、中国商业联合会科技进步奖、中国轻工联合会科技进步奖、中国产学研合作促进会产学研合作创新成果奖等。
Mika H. Sipponen，斯德哥尔摩大学材料化学系副教授、瑞典瓦伦堡科学院会士、瑞典战略研究基金会未来科研领袖项目主席。致力于木质素等工业副产物的功能材料研究，多项工作发表于Sci Adv、Nat Commun、Chem Soc Rev等期刊。近年来主持欧盟科研起步基金、欧盟跨国研究网络合作计划等项目，2020年获Nouryon Nordic Prize。
