多孔三维（3D）结构材料以其独特的结构柔性、轻量化设计和高比表面积等特性，在可穿戴电子器件、高性能储能材料和隔热系统等领域展现出重要应用价值。

这类材料在需要动态机械响应和环境适应性的应用场景中具有无可比拟的优势。3D结构的压缩性和弹性主要取决于其结构单元的本征特性、相互作用以及多孔架构特征。

目前，原位自组装、模板法、增材制造、3D打印和定向冷冻铸造等多种制备技术已被用于构建特定结构以优化3D材料的力学性能。

这些自下而上的方法采用碳纳米管、SiO₂纳米纤维、石墨烯/MXene等二维材料、金属有机框架（MOFs）以及聚合物和纤维素纳米晶等构筑单元，来制备具有定制化纳米/微米结构的弹性材料。

然而，传统制备工艺通常涉及复杂加工程序、高能耗和有毒化学试剂的使用，不仅限制规模化生产，还带来显著的环境与经济负担，亟需发展可持续的替代策略。

近年来，生物质衍生材料作为先进材料设计的可持续替代方案受到广泛关注。

【生物基能源与材料】获悉，齐鲁工业大学王慧丽、于得海、刘温霞团队基于CSP的细胞结构和组分特征，提出通过自上而下方法部分脱除木质素并解离纤维素纤维束，从而构建生物基3D结构。相关成果以“Engineering robust bio-based 3D structures from corn stalk pith through a sustainable route to nano-micro structured extreme environment resistant materials”为题，发表在《Carbohydrate Polymers》(IF 12.5)上。

该领域仍存在挑战：由于多数木材结构致密，目前研究主要选用细胞排列疏松的轻木（巴尔沙木）以促进脱木素过程，但该工艺仍需160℃以上高温和数小时处理时间。

此外，作为热带树种，轻木的原料供应限制其大规模应用。相比之下，分布更广的木纤维复合材料更具应用潜力，可为木质纤维素弹性材料的开发提供更可持续、更可规模化的资源基础。解决这些材料和工艺难题，将是释放木质纤维素材料在下一代可持续技术中全部潜能的关键。

玉米秸秆髓（CSP）作为农业废弃物玉米秆的核心部分，主要由薄壁细胞构成，具有大细胞间隙和高液体渗透性。与其他植物材料类似，CSP主要成分为纤维素、半纤维素和木质素，但其木质素含量（通常<20%）显著低于木材。

纤维素作为细胞壁主要组分提供结构支撑，半纤维素赋予细胞壁韧性，而木质素则增强植物结构的刚性。这些组分的比例和特性直接影响CSP的弹性、加工性和耐久性等物理性质。

研究团队通过温和条件下的细胞壁工程策略，采用酸-无机盐顺序处理成功制备了多孔CSP基3D结构。稀酸预处理部分脱除木质素和半纤维素，既降低细胞壁刚性，又为后续纤维素溶剂扩散创造通道；随后，采用ZnCl₂/AlCl₃纤维素溶剂在温和条件下破坏氢键网络、扩大纤维素间隙，锌/铝离子与纤维素配位并均匀锚定在细胞壁中。金属离子交联纤维素分子链，限制其滑移和自由运动，形成纳米多孔弹性水凝胶壁。这种本征细胞结构与弹性水凝胶壁的协同作用使CSP材料获得优异弹性。此外，基于材料中高浓度金属离子的特性，可直接将其用作离子传导型压力传感器。这种细胞壁工程技术制备的CSP基3D结构保留了生物质固有的各向异性结构，为生物基压力传感材料奠定基础。该策略开发的天然多孔弹性材料具有高结构稳定性，在油水分离、生物基海绵和热绝缘等领域展现出巨大应用潜力。

CSP基3D结构制备示意图与机理。(a)玉米秸秆髓(CSP)的层级结构；(b)CSP在制备过程中的微观结构演变示意图；(c)纤维素溶解机理；(d)CSP基3D结构压缩行为示意图。

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DOI: 10.1016/j.carbpol.2025.124054

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