開發利用可再生資源與綠色材料以替代傳統的煤、石油等化石資源是實現碳達峰碳中和最有效的途徑之一。纖維素納米晶（Cellulose Nanocrystals，簡寫CNCs），因其環境友好可再生、高比強比模、高比表面積、高表面化學活性、獨特的右旋手性結構等特點，被廣泛應用于能源、催化、生物醫藥、食品包裝、加密防僞等領域。

近年來，我院劉波教授團隊程淼博士在CNC的制備改性及其在儲能領域的應用取得了階段性創新進展，成果在Chemical Engineering Journal和Carbohydrate Polymers等高水平期刊發表學術論文7篇。

開發出一步混酸（H2SO4/HNO3）水解法快速制備羧基化CNC，為目前報道的耗時最短（僅0.5 h）的方法（Carbohydrate Polymers, 2020, 231: 115701, IF=10.723）；利用H2SO4/CH3COOH混酸體系處理纖維素原料獲得乙酰化改性CNC，有效改善了CNC與疏水性高分子之間的界面相容性（Cellulose, 2021, 28: 2137-2148, IF=6.123）；通過原位聚合法和高溫退火，得到核殼結構的氮/氧雙摻雜的CNC衍生碳，作為锂離子電池負極材料表現出較高的比容量及優異的循環穩定性（ACS Applied Energy Materials, 2021, 4(9): 9902-9912, IF=6.959）；通過改變作為活化劑/模闆劑的鋅鹽種類來調控微晶纖維素/三聚氰胺衍生碳材料的孔結構以及氮摻雜量與類型，獲得的富氮摻雜碳材料表現出更高的比容量、優異的倍率性能和長循環穩定性（Journal of Alloys and Compounds, 2022, 911: 165131, IF=6.371）；提出綠色一步原位合成策略構建出如圖1所示的纖維素納米晶/聚乙二醇（CNC/PEG）複合相變氣凝膠（Chemical Engineering Journal, 2022, 431(1): 133935, IF=16.744），表現出高的熱焓值以及優異的形狀穩定性和循環可逆性；以CNC為骨架，采用無溶劑接枝法，通過共價鍵作用将PEG分子錨定在CNC表面，獲得具有固-固相變特性的新型納米儲能顆粒（Cellulose, 2022, DOI: 10.1007/s10570-022-04782-5, IF=6.123）；首次通過離子誘導CNC凝膠化和原位熱還原工藝，将單分散的Bi納米球原位生長到CNC衍生碳氣凝膠基體中，得到圖2所示的CNC-CA@Bi-NS雜化材料（Chemical Engineering Journal, 2022, 451(3): 138824, IF=16.744），作為鎂離子電池負極材料，具有346 mAh g-1（理論容量的90%）的可逆容量（0.5C下，100圈無衰減），5000 次充放電循環後，每圈的容量衰減率僅為0.015 %（2.0C下）。

上述研究進展為設計開發新型高性能的CNC基儲能材料提供新的思路，拓展了CNC在熱能轉換與存儲和電化學儲能器件領域的應用。

圖1（a）CNC/PEG相變氣凝膠的制備示意圖；（b）醛基化CNC的TEM圖；（c）CNC氣凝膠的SEM圖；（d）CNC/PEG相變氣凝膠的SEM圖；（e）PEG 和 CNC/PEG相變氣凝膠的 DSC 曲線；（f）CNC/PEG 相變氣凝膠的熱循環 DSC 曲線。

圖2（a）CNC衍生碳氣凝膠/Bi納米球雜化材料（CNC-CA@Bi-NS）的制備示意圖及其形貌；（b）CNC-CA@Bi-NS和Bi粉的倍率性能；（c）CNC-CA@Bi-NS和Bi粉在0.5 C下100次循環性能；（d）CNC-CA@Bi-NS/Mo6S8全電池的充放電曲線。