大连工业大学王兵副教授，CEJ：纳米木质素调控的自粘附导电水凝胶电解质应用于高性能柔性超级电容器

第一作者：韩嘉斌

通讯作者：王兵*，邵长优*，孙润仓*

单位：大连工业大学

水凝胶电解质凭借其独特的功能特性，已成为柔性超级电容器的理想候选材料。但是，越来越多的研究表明，传统水凝胶电解质在发展中面临关键瓶颈：其力学性能与自粘附性难以兼顾，且制备过程通常依赖加热或紫外光引发，工艺复杂且难以调控。自粘附导电水凝胶电解质因其能紧密粘合电极、降低界面电阻、提升柔性器件稳定性，而被视为构建高性能柔性超级电容器的理想材料。本文利用绿色的低共熔溶剂（DES）通过自组装法制备纳米木质素（LNPs），并以此构建室温下自催化聚合凝胶体系，为开发快速制备兼具卓越力学强度、强劲自粘附与的水凝胶电解质提供了创新性策略。

近日，来自大连工业大学杰出青年、长江学者孙润仓教授，王兵、邵长优副教授，在国际知名期刊Chemical Engineering Journal上发表题为“Lignin nanoparticles mediated self-adhesive and conductive hydrogel electrolytes for high-performance flexible supercapacitors”的研究文章。该文章开发了一种由LNPs调控的协同自催化水凝胶电解质制备方法。凝胶化过程无需依赖紫外线或高温等传统引发聚合，而是在室温下直接引发乙烯基单体聚合。通过简单环保的自组装工艺制备的LNPs，不仅具有更小的粒径和更大的比表面积，还能有效保留木质素分子固有的活性官能团，使其具有更好的自由基清除能力，从而实现凝胶化的有效调控。基于LNPs-PDMAA的水凝胶电解质兼具高抗拉强度与断裂伸长率。所制备的柔性超级电容器无需额外粘合剂，有效降低了界面电阻并增强了离子传输性能。该超级电容器在0.8 A g⁻¹条件下展现出高比电容、高能量密度和功率密度。所开发的水凝胶电解质在柔性储能领域具有显著潜力，实现了生物质向能源的转化。

本研究开发了一种基于纳米木质素（LNPs）的自催化体系，无需紫外光或高温加热便可在室温下快速引发单体聚合。LNPs由绿色低共熔溶剂自组装制备，其丰富的酚羟基等活性基团具有良好的自由基清除能力，实现凝胶的可控化制备，为柔性凝胶电解质的开发与应用提供了新路径。

LNPs与PDMA链之间通过多重氢键作用，赋予水凝胶卓越的力学性能（拉伸应力0.40 MPa，应变1591%）和自愈合能力。凝胶在多次拉伸、扭曲后仍能快速恢复原状，具备良好的抗疲劳性，为柔性电子器件的长期稳定运行提供了可靠保障。

该水凝胶凭借LNPs丰富的酚羟基结构，能与多种材料表面（如碳电极、木材、金属）产生强大的氢键、共价键等相互作用，实现对碳电极高达2.58 MPa的粘附强度，无需额外粘合剂即可紧密贴合。这种一体化结构极大降低了界面电阻，提高了离子传输效率。基于此组装的超级电容器，在0.8 A g^-1的电流密度下表现出较高的比电容，能量与功率密度，并且在反复弯折和剪切自愈后仍能保留90%以上的比电容，展现出稳定的柔性储能性能。

此项研究不仅为柔性超级电容器提供了一种理想的电解质材料，更开发了一条利用可再生木质素构建高性能电子器件的有效路径。利用生物质材料绿色便捷法快速高效制备的水凝胶材料极具扩展性：可探索将其应用于柔性传感器、可穿戴电池乃至人机交互界面，充分发挥其粘附性、自愈合与导电性的综合优势。同时，推动该材料的规模化、低成本绿色制造，并深入研究其生物相容性与可降解性，将最终实现从“生物质精炼副产物”到“高性能电子器件”的高值化转换，为可持续电子技术的发展贡献关键材料基础。

Lignin nanoparticles mediated self-adhesive and conductive hydrogel electrolytes for high-performance flexible supercapacitors

王兵：副教授，硕士生导师，2021年华南理工大学博士后出站。大连市高层次“青年才俊”。主要研究生物质精炼、生物质基绿色材料、木质素基功能性材料。主持及参与纵向科研项目6项，近年来在Advanced Functional Materials、Advanced Science、ACS Nano、Nana Energy、Chemical Engineering Journal、Carbohydrate Polymers等国际主流Top期刊发表SCI论文40余篇，申请发明专利4件。主持广东省科学基金面上项目、辽宁省高校基本科研项目基金、教育部重点实验室开放基金等科研项目共计 4项。 入选2022年第四季度引进高层次人才“青年才俊”。

邵长优：副教授，博士生导师，“中国科协青年人才托举工程”入选者。2020年加入大连工业大学孙润仓教授（杰青、长江）科研团队，主要从事生物质基智能水凝胶材料在先进柔性传感与可再生能源转换等方面的研究。近年来在Advanced Functional Materials, ACS Nano、Nano Energy等国际主流Top期刊发表SCI论文50余篇（累计被引3100余次），入选ESI 高被引论文6篇（单篇最高被引达700余次）。主持国家自然科学面上项目及青年项目、中国科协青年人才托举项目、中国博士后特别资助（站中）及面上项目 等省部级科研项目共计 13 项。 入选 “第八届中国科协青年人才托举工程”（国家级），获大连工业大学“科技创新奖”、大连市2020年“大连市引进城市发展紧缺人才”。

孙润仓：大连工业大学教授。孙润仓教授是国家杰出青年基金及“长江学者奖励计划”特聘教授入选者，973项目首席科学家，第六、第七届国务院学院委员会轻工技术与工程学科评议组成员，第七届教育部科学技术委员会化学化工学部委员，大连工业大学轻工技术与工程学科学术带头人，辽宁省生物质化学与材料重点实验室主任。近10年连续入选爱思维尔高被引学者及科睿唯安全球高被引学者，2021年入选全球科学家榜单终身科学影响力排行榜（1960-2019）中国TOP200第116位及2019年度科学影响力排行榜中国TOP200第64位，2020年获美国化学会安塞姆·佩恩奖（“纤维素与可再生资源材料领域的国际最高奖，该奖项每年仅设一名获奖者，颁发给在纤维素和可再生资源材料研究和化学技术方面做出卓越贡献的国际著名科学家”）。团队成员获国家技术发明二等奖3项、省部级自然科学/技术发明/科技进步一等奖10项。2014-2025年连续12年入选Elsevier中国高被引学者榜单及2018-2025年连续8年入选科睿唯安全球高被引科学家榜单，入选全球顶尖前10万科学家榜单。培养研究生及博士后100余名，其中全国优秀博士论文获得者3人、提名2人、教育部学术新人奖2人、美国化学会研究生创新奖1人。培养国家杰青2人、“长江学者”3人，国家万人计划（科技创新领军人才）5人、中组部青年拔尖人才8人、“青年长江”及优青5人、中国科协青年人才托举工程5人、教育部新世纪人才9人等。