納米纖維素/納米銅復合材料制備及應用研究進展

熊梓航 方志強 楊東杰 周 杰 陳開湟 邱學青

（1.華南理工大學化學與化工學院，廣東廣州，510641；2.華南理工大學制漿造紙工程國家重點實驗室，廣東廣州，510641；3.廣東工業大學輕工化工學院，廣東廣州，510006）

石油或煤炭等不可再生原料制備的合成高分子材料具有使用便捷、成本低廉、易加工成型等優點，廣泛應用于汽車、食品、生物醫學、電子器件、水處理等領域，為人類社會的進步和人民生活質量的提升做出不可磨滅的貢獻[1-2]。然而，石化資源日漸枯竭，且絕大多數合成高分子材料廢棄后會積累大量難以自然降解的廢棄物，破壞人類賴以生存的自然環境，引起嚴重的環境問題（如氣候變暖、白色污染等）[3-4]。以生命的起源地海洋為例，在1950—2016年間，大約有480萬～1270萬t的塑料垃圾被排放到超過650萬海里的海洋區域中[5]，遠遠超出了海洋的最大承受能力（4萬t）[6]。因此，如何解決合成高分子材料帶來的環境問題及化石資源過度消耗是當今世界的研究熱點，這些問題的解決對人類的可持續發展具有重要的社會和環境意義。

使用可再生、可持續的生物基新材料是解決上述問題的重要途徑之一。纖維素是地球上最豐富的生物高分子[7]，廣泛存在于高等植物、藻類和細菌中[8]。納米纖維素是纖維素納米化的衍生物，它不僅具備纖維素的優點（可再生、儲量豐富、易降解、低密度、低熱膨脹系數、易于改性等），而且還具有納米材料的特性如高比表面積等[9-10]。將納米纖維素與金屬納米粒子結合制備高性能、多功能的納米復合材料是近年來逐漸興起的研究熱點[11-12]，它兼具納米纖維素的優異性能和金屬納米粒子的導電、導熱、抗菌等特性，在鋰離子電池[13]、傳感器[14]、抗菌[15]、多相催化劑[16]等領域有著廣泛的應用。通常以納米纖維素為基底材料合成金屬納米粒子（如鈀、金等）復合材料[8,17-18]，或作為還原劑和穩定劑合成銀納米線[19-21]。

然而，金、銀等貴金屬價格昂貴、儲量有限，極大地制約了它們的規模化應用。納米銅因儲量豐富，且具有與金、銀納米結構相近的高導電、高導熱性能，逐漸成為貴金屬的理想替代品。納米纖維素/納米銅復合材料具備良好的導電、導熱、抗菌性能以及優異的力學性能，且價格低廉，在電子器件、催化劑、抗菌等領域呈現出巨大應用潛力。

本文綜述了納米纖維素/納米銅復合材料的制備、性能及應用。首先介紹了3類典型的納米纖維素（纖維素納米纖絲（CNF）、纖維素納米晶體（CNC）和細菌纖維素（BC））的制備方法和理化特性，以及納米銅的制備方法和優缺點；重點闡述了納米纖維素/納米銅復合材料的制備方法、理化特性及其在電子器件、催化、抗菌領域應用的現狀；最后，對納米纖維素/納米銅復合材料進行總結和展望。

1 納米纖維素簡介

根據來源、制備方法及纖維形態的不同，納米纖維素可以分為3類：CNF、CNC和BC，其透射電子顯微鏡圖如圖1所示，特征及制備方法如表1所示。

表1 納米纖維素的3種類型及其理化特性Table 1 Types of nanocellulose and their physicochemical properties

圖1 納米纖維素的透射電子顯微鏡圖[22-24]Fig.1 Transmission electron microscopy images of nanocellulose[22-24]

1.1 CNF

CNF是一種半結晶狀態的納米纖維素，具有高的長徑比（直徑3.5～30 nm，長度幾百納米到幾個微米）、高強度、低密度、良好的生物相容性等特點[22-24]，主要通過預處理結合機械處理方式制備而成。預處理方法分為化學法（酸堿處理、離子液體、醚化法等[25-26]）與生物法（酶處理[27]），這些方法制備的CNF易發生團聚，不利于CNF的后續處理。而2,2,6,6-四甲基哌啶氧化法（TEMPO氧化法）具備條件溫和、操作簡單、CNF分散性好的優點，已經成為目前應用最廣泛的預處理方法之一。常用的機械方法包括高壓均質[28]、球磨[29]、高強度超聲[30]等。高壓均質法可以通過調整均質壓力等參數制備不同縱橫比的CNF，已經成為主流的機械處理方法。

1.2 CNC

CNC是一種高結晶狀態的納米纖維素（直徑在5～70 nm，長度幾百納米）[31-33]，具備大比表面積（約150 m2/g）、高楊氏模量（達170 GPa）[34]、易于修飾、可降解等優點。酸法是制備CNC最普遍的方法，CNC的長徑比、結晶度、結構和形態特征等受酸的類型和纖維素來源影響[33]，利用酸法除去纖維素中較大比例無定形區所制備的CNC通常被稱為納米棒[35]、納米晶須[36]和棒狀纖維素晶體[37]。

1.3 BC

BC是利用細菌在富含碳源和氮源的水溶液中合成得到的納米纖維素（直徑20～100 nm），具備高聚合度和高結晶度等特性[38]。BC的顯著優點在于可以直接通過改變細菌的培養條件獲得不同的結晶度和形貌，無需化學預處理[39-40]。如分別以葡萄糖和蛋白胨作為碳源和氮源，酵母提取物作為維生素，可在檸檬酸和磷酸氫二鈉緩沖液中形成超細纏繞網絡結構的BC[41]。BC具備良好的生物相容性，在生物醫藥領域應用較為廣泛。

2 納米銅簡介

銅是一種擁有高導熱系數、高電導率和抗腐蝕的金屬。相比于金、銀等貴金屬，銅的儲量豐富且成本低廉[42]。當銅的尺度達到納米級別后，除了具有銅的特性外，還展現出高比表面積、納米級尺寸、高表面活性、一定流動性以及優異的拉伸性能，在潤滑油[43]、微電子器件[44]、抗菌[45]等領域得到廣泛應用。納米銅的制備方法如圖2所示，主要分為物理法、化學法和生物法。

圖2 納米銅制備方法的分類[42-44]Fig.2 Preparation methods of copper nanoparticles[42-44]

2.1 物理法

物理法可分為“自上而下法”和“自下而上法”。“自上而下法”是通過高能球磨法[46-47]、霧化法[48]等方法將大尺寸的銅制備成納米級尺度的銅；“自下而上法”是利用氣相蒸發法[49]、γ-射線輻射法[50]等方法將小尺度的銅原子通過成核和生長2個階段形成納米銅，如圖3所示。

圖3 物理法制備納米銅[46-47,49]Fig.3 Preparation of copper nanoparticles by physical methods[46-47,49]

2.2 化學法

化學法是通過化學反應形成納米銅的方法，主要有電解法[51]、溶膠-凝膠法[52]、液相還原法[53]、微乳液法[54]等。液相還原法是目前實驗室和工業領域應用最主要的方法，它是在溶液中利用還原劑對銅離子進行還原制備納米銅的方法，具有工藝簡單，成本較低的特點。生物還原劑是液相還原法未來的研究重心之一[55-56]。

2.3 生物法

生物法是利用從植物、微生物等提取出的生物大分子作為綠色無害的還原劑得到納米銅粉的方法。如石榴籽[57]、芳香酵母芽[58]的提取物（如對甲酚、吲哚等）作還原劑可制備出具有特定形狀、分布均勻的納米銅粉。生物大分子來源豐富、無毒且具備良好的生物相容性，可作為封蓋劑調控金屬納米粒子的尺寸和形貌[59]，有望成為傳統化學還原劑的替代品。

3 納米纖維素/納米銅復合材料的制備、特性及其應用

納米銅顆粒熱力學性能不穩定，易發生團聚。納米纖維素對金屬納米粒子具有良好的穩定作用，可促進金屬納米粒子成核及防止團聚[60]。利用納米纖維素表面豐富的羥基等官能團，通過離子-偶極作用、靜電作用等與銅納米粒子結合得到復合材料。如圖4所示，該復合材料不僅具備銅納米粒子優良的導電性，導熱性，而且具有納米纖維素優異的機械性能。本文主要從制備方法、理化特性及應用3個方面進行論述。

圖4 納米纖維素/納米銅復合材料的制備/理化特性及應用[60-64]Fig.4 Preparation,physicochemical properties and application of nanocellulose/copper nanocomposites[60-64]

3.1 制備方法

納米纖維素/納米銅復合材料可通過物理沉積法或化學還原法將銅納米粒子負載到納米纖維素制備。

3.1.1 物理沉積法

物理沉積法是通過直流濺射、熱壓等物理方法將銅納米粒子沉積到納米纖維素表面。Lizundia等人[61]將TEMPO氧化法得到的納米纖維素（TOCNF）分散液通過硝酸纖維素膜過濾、干燥得到TOCNF薄膜；在氬氣保護下采用直流濺射將銅原子沉積到TOCNF薄膜的表面，形成200 nm厚的銅薄膜，制備出表面光滑、導電和耐熱的復合材料（見圖5）。Chi等人[44]采用靜電紡絲工藝及簡單的熱處理，將銅納米顆粒添加到SnOx/CNF復合材料中。銅的加入抑制了SnOx的團聚，得到分散均勻的鋰離子電極。物理沉積法制備的納米纖維素/納米銅復合材料表面光滑、無孔，具備良好的柔韌性，但制備過程比較復雜、能耗高。

圖5 直流濺射法制備CNF/Cu復合材料[61]Fig.5 Preparation of CNF/Cu composites by DC sputtering[61]

3.1.2 化學還原法

化學還原法是利用各種還原劑還原銅離子得到納米銅，并將其沉積在納米纖維素上的方法（圖6(a)）。常見的還原劑除了水合肼，還有硼氫化鈉、抗壞血酸、葡萄糖等。MUSA等人[42]、Chetia等人[62]、DUT?TA等人[63]將CNC分散在硫酸銅溶液中，經過水合肼還原得到Cu/CNC材料。水合肼還原性強，能夠獲得高純度的納米銅。但其具有毒性和揮發性，限制了大范圍應用。也有研究人員采用抗壞血酸、硼氫化鈉、硼氫化鉀等還原性相對較弱、但毒性很低的還原劑對銅進行還原。例如，Goswami等人[64]利用十六烷基三甲基溴化銨（CTAB）吸附銅離子形成膠束，富電子的活化羥基通過靜電作用和離子-偶極作用（見圖6(b)），使銅離子膠束沉積在CNF表面而不發生團聚，在抗壞血酸和硼氫化鈉還原下形成銅納米粒子，得到CNF/Cu復合材料（見圖6(c)）。Sun等人[65]利用原位化學還原法，硼氫化鉀作為還原劑將氯化銅沉積在BC表面，形成了均勻致密的納米銅涂層。

圖6 化學還原法制備CNF/Cu復合材料示意圖[62-64]Fig.6 Schematic diagram of CNFs/Cu composites prepared by chemical reduction[62-64]

除了采用抗氧化劑和過量的還原劑來提高納米銅的純度，在氮氣等惰性氣體保護下提高納米銅純度也有報道。

近年來，利用從植物中得到的提取液做生物還原劑逐漸成為研究熱點。生物還原劑具有無毒害、可再生、儲量豐富的優點。Barua等人[66]利用果實提取液還原銅納米粒子，將其涂覆在CNF表面，形成的納米銅尺寸分布均勻。Razavi等人[67]以BC為載體，桑葚提取液做還原劑，將納米銅沉積在BC膜表面，獲得Cu/BC復合材料。盡管生物還原劑是一種綠色、可持續的還原劑。但如何提高它的還原性，制備出高純度的納米銅是目前急需解決的問題。采用合適的提取工藝或對果實提取液進行濃縮是目前增加還原性的重要途徑。高純度納米銅是確保CNF/Cu復合材料的導電、導熱等性能的基礎；此外，銅納米粒子與CNF的結合也是一個不容忽視的問題：CNF表面活性位點數量、表面電荷密度及二者尺寸大小都會對二者結合產生影響。在一定范圍內，CNF表面活性位點越多，負載量越高。但是，活性位點數量過多，也會導致納米銅團聚。通過降低銅納米粒子的尺寸及CNF的表面改性可提高CNF與銅的結合。例如，Silvain等人[68]利用鹽分解工藝降低銅的尺寸，在惰性氣體中熱壓得到表面光滑平整的Cu/CNF復合材料，其呈現出優異的導熱性能。Hebeish等人[69]將丙烯酰胺接枝共聚到CNC表面形成CNC-PAAm前體（見圖7），利用抗壞血酸做抗氧化劑，硼氫化鈉做還原劑，使納米銅在CNC-PAAm前體表面分布均勻（粒徑7～25 nm），有效提高了電荷傳輸效率，獲得了具有優異導電性能的復合材料。Zhang等人[70]通過CNF表面改性和真空冷凍干燥制備出表面富含巰基的納米纖維素海綿（SNC）。再通過巰基還原硫酸銅，使銅納米粒子負載到SNC表面，獲得柔韌性能好，化學性能穩定的Cu-SNC復合材料。

圖7 CNC-PAAm前體和CNC-Cu復合材料的TEM及SEM圖[69]Fig.7 TEM and SEM images of CNC-PAAm and CNC-Cu[69]

提高CNF與納米銅結合的另一方法是將CNF制備為二維薄膜材料，使CNF表面官能團均勻分布。Bendi等人[71]將銅納米粒子分散在TOCNFs分散液中，通過過濾制備Cu-TOCNF復合膜。納米銅均勻分布在TOCNFs表面，平均尺寸5.1 nm。另一種思路是將納米銅制備為二維材料，并對銅板進行改性處理，通過化學鍵將CNF結合在銅板表面形成復合材料。Luo等人[13]將銅板表面用過硫酸銨預處理后，利用氣相沉積法將CNF沉積在銅板表面，制備了縱橫交錯的三維Cu@CNF復合材料，復合材料具有優異的導電性能（見圖8）。

圖8 縱橫交錯的Cu@CNF復合材料SEM圖[13]Fig.8 SEM images of the criss-crossed Cu@CNF composites[13]

化學還原法制備的納米纖維素/納米銅復合材料通過氫鍵結合，具備良好的力學性能，且制備過程簡單、能耗低，可以通過改變還原劑種類、濃度等因素調控其形貌，已經成為目前最主要的制備方法。

3.2 理化特性

CNF/Cu復合材料具備良好的機械柔韌性（楊氏模量2.62～4.72 GPa，拉伸強度30.2～70.6 MPa，斷裂伸長率2.3%～4.1%，厚度29.3～38.3μm（見表2））、熱穩定性達300℃[68,72]，以及優異的導電、催化和抗菌特性，在電子器件、多相催化、抗菌等領域有巨大潛力（見圖9）。

圖9 CNF/Cu復合材料的照片、SEM圖及銅元素能譜圖[68,72]Fig.9 Photo and SEM image with the Cu elemental mapping of CNF/Cu composites[68,72]

表2 纖維素納米纖絲/納米銅復合膜的厚度與兩組分含量的關系[68]Table 2 Thickness of CNF-based nanocomposite films with varying contents of CuNW[68]

3.2.1 導電性

CNF/Cu復合膜電導率為8.59×10?3～5.43×104S/m，與目前絕大多數納米纖維素基導電材料電導率相近甚至更高[68,72]（CNF/Ag或CNF/CNT等材料的電導率如表3所示）。

表3 纖維素納米纖絲/金屬和纖維素納米纖絲/碳基復合材料的導電性比較[68,72]Table 3 Electrical conductivities of CNF/metal nanowire and CNF/carbon nanocomposites[68,72]

3.2.2 催化性

銅具有高還原電位，與胺等富電子基團有較高的官能團相容性，這使得CNF/Cu多相催化劑對脂肪族胺、乙烯基化合物等呈現出良好的催化性能，催化效率均在90%以上，如表4所示[73-74]。

表4 納米纖維素/納米銅復合材料的催化性能[73-74]Table 4 Catalytic performance of nanocellulose/Cu nano?composites[73-74]

3.2.3 抗菌性

CNF/Cu復合材料可以破壞細菌、真菌等微生物的細胞膜而使其失活。CNF/Cu復合材料在室溫條件下，對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌等呈現出90%～95%的抗菌活性[66-67]。

3.3 應用領域

3.3.1 電子器件

納米纖維素/納米銅復合材料具備良好的導電性、高的比表面積和高電荷傳輸效率，作為鋰離子電池、傳感器等電子器件電極材料很有潛力[75-77]。其中，CNF具備高長徑比、易于修飾加工、低熱膨脹系數等特性，已經成為電子器件領域應用最廣泛的納米纖維素。

利用納米銅優異的導電性能，將納米銅添加到SnOx/CNF陽極電極中可顯著提升其電荷轉移速率以及可逆性能[44]。當銅/錫摩爾比為0.2，100次循環后電流200 mA/g時，電極的最大容量為743 mAh/g，電流5 A/g時倍率容量為347 mAh/g。Luo等人[13]利用CNF的多孔結構特性與納米銅優異的導電性，將CNF/Cu復合材料應用于鋰離子電池中電流收集器（見圖10），CNF對納米銅進行分散，可以降低電極與電流收集器之間的電阻，促進電極之間的電荷傳輸速率。

圖10 CNF/Cu復合材料用作鋰離子電池電流收集器示意圖[13]Fig.10 CNF/Cu composite used as a lithium-ion battery current collector[13]

此外，納米銅被光波激發會出現局域表面等離子體共振，通過納米銅的吸收/散射光譜可以得到光波的信息。以透明的CNC作為基材，借助納米銅的光波響應特性，可將CNC/Cu復合材料應用于光學傳感器中。Zhang等人[78]利用CNC、巰基丁二酸、氯化銅合成的CNC@MSA-Cu復合材料對汞離子、鉛離子、銀離子等分別呈現不同的可視化信號（紅色變為無色、紫色、黃色等），成功實現了對不同金屬的特異性多元分析檢測，促進了新型多元分析傳感器的發展（見圖11）。Mehran等人[14]利用一鍋法原位合成將銅納米粒子沉積在CNF薄膜表面，可作為光學傳感器的陽極復合材料。通過比色法測定水環境中氰離子，具備很高的靈敏度，檢測下限可達0.015μg/mL。

圖11 CNC/Cu復合材料用作新型多元分析傳感器機理[78]Fig.11 Schematic illustration of CNC/Cu composite used as a multireadout signal mode-guided multianalyte assays[78]

CNF/Cu復合材料由于具有高導熱性、低熱膨脹系數，能夠有效散熱而不發生劇烈熱膨脹，可充當散熱器件應用于電子器件[14]，避免了熱量堆積對電子器件的損耗，保證電子器件的穩定性和增加使用壽命。CNF薄膜在銅覆蓋后，熱穩定性從240℃提高到324℃。當溫度提高到150℃時，CNF/Cu復合材料的介電常數與溫度呈現線性關系（150～324℃），可以應用于高溫射頻領域[61]。傳統的合成高分子（聚醚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二醇酯等）在高溫射頻領域易發生熱膨脹并且存在毒性，所以無毒、可降解CNF/Cu復合材料在高溫射頻領域具有廣闊的應用前景。

3.3.2 催化

傳統均相催化劑存在難以回收和再利用的問題。因此，尋找簡便、環保、可回收的綠色工藝制備多相納米金屬催化劑受到關注。CNC/Cu復合材料具有高比表面積及良好的催化性能，可以作為多相催化劑，其選擇性和活性相較于均相催化劑有顯著提高，已經成為催化領域應用最為廣泛的納米纖維素/納米銅復合材料。Dutta等人[63]利用CNC/Cu復合納米材料成功催化了不同脂肪族胺和乙烯基化合物的C—N偶聯反應。相較于常規的C—N偶聯反應，該催化條件更加溫和，時間更短且加成產物的收率更高（最高達95%）。

納米纖維素對納米銅起到了分散和錨定的作用，因而它們形成的多相催化劑相較于單一金屬催化劑性能更好。如1,2,3-三唑化合物是一種重要的工業原料，傳統的制備過程需要高溫環境且會有很多副產物。Chetia等人[62]利用CNC/Cu復合材料為多相納米催化劑，在甘油溶劑中室溫催化疊氮化合物與炔烴的環加成反應，得到1,2,3-三唑化合物，在5次循環下多相催化劑仍保留90%的活性。Dutta等人[63]以1%納米銅負載量的CNF/Cu復合材料為多相催化劑，在室溫下催化硫化物得到亞砜（見圖12），相較于傳統的均相催劑，反應時間更短、產率更高，循環5次沒有顯著降低催化效率。

圖12 CNF/Cu復合材料催化硫化物氧化成亞砜、伯醇氧化成醛的示意圖[63]Fig.12 Schematic diagram of sulfoxide oxidation and primary alcohol oxidation to aldehydes catalyzed by CNF/Cu composites[63]

通過結構設計可進一步提高納米纖維素/納米銅復合材料的催化性能。Zhang等人[70]利用三甲氧基硅烷與CNF的羥基形成共價鍵，在水溶液中形成CNF海綿，作為負載納米銅的載體，復合材料孔隙率達到90.5%，在水環境下具有良好的機械穩定性和化學穩定性，對炔烴的硼氫化反應催化效率達到99%，6次循環測試下保持93%的催化活性，有良好的循環性能（見圖13）。Bendi等人[71]利用TOCNF膜負載納米銅作為多相催化劑，催化4-硝基苯酚的還原反應，在Cu-TOCNF膜表面，親核的硼氫化鈉釋放電子，親電的4-硝基苯酚得到電子被還原為4-氨基酚，在10次循環測試下，仍保持高效的催化性能。

圖13 CNF@MSA-Cu的SEM圖和TEM圖[70]Fig.13 SEM image and TEM image of CNF@MSA-Cu[70]

BC/Cu復合材料在催化領域也有報道。在傳統的反硝化催化過程中，銅/鈀是目前最好的金屬催化劑，但是其易發生團聚而降低催化速率，Sun等人[65]在液相中將銅納米粒子生長在BC表面，納米銅平均尺寸4 nm，得到的復合材料對硝酸鹽降解有良好的催化性能，在30℃下，催化速率可達3.55 mmol/(g·h)。

3.3.3 抗菌

納米纖維素/納米銅復合材料的低毒性、良好的抗菌效果，使得其在抗菌、生物敷料[45]、抗腫瘤細胞[15]領域有巨大的應用前景。其中，BC/Cu復合材料具備良好的生物相容性，已經成為抗菌領域應用最廣泛的納米纖維素/納米銅復合材料。

納米纖維素/納米銅復合材料的抗菌機理在于納米銅會吸附在細菌和真菌細胞表面，破壞細胞膜導致結構蛋白的凝固，從而使細菌和真菌失去活性（見圖14）。Barua等人[66]將納米銅負載在CNF（從植物莖中提取）表面，測試了復合材料對細菌和真菌的抗菌性能，其對大腸桿菌、金黃色葡萄球菌、白色念珠菌等有顯著的抑制作用。適當控制銅的含量，將復合材料與紅細胞、外周單核細胞進行相容性測試，細胞蛋白質未出現失活，這一特性可應用于生物繃帶等生物器材。除此之外，Razavi等人[67]采用桑葚提取液做還原劑，還原銅離子并將其沉積在BC膜表面，復合膜對革蘭陽氏菌和革蘭陰氏菌都呈現良好的抑制作用。值得注意的是，以BC為基底的復合膜是一種具備抗菌性能、易于降解的生物活性材料，在食品包裝行業有良好的應用前景。

圖14 CNF/Cu復合材料抗菌過程及細菌失活示意圖[66]Fig.14 Antibacterial process and inactivation of CNF/Cu composites[66]

4 結語與展望

本文著重總結和討論了近年來納米纖維素/納米銅復合材料制備方法、理化性能及其應用現狀。納米纖維素/納米銅復合材料兼具銅的導電、導熱特性和納米纖維素的多孔網絡結構，在電子器件、催化、抗菌等領域有著廣闊而光明的應用前景。

然而，納米纖維素/納米銅復合材料的制備還存在以下問題：①納米纖維素與納米銅界面相容性不佳。2者表面性能差異大，不易于結合；②納米銅的尺寸難以精確調控。目前關于銅離子在納米纖維素表面相互作用的機理尚不明確，而這對納米銅的尺寸控制會產生直接影響；③納米銅易氧化。納米銅的化學性質很活潑，容易被空氣氧化生成氧化銅或氧化亞銅，而影響其導電、導熱等性能。

未來，納米纖維素/納米銅復合材料的制備及應用會有如下幾個潛在發展方向。

（1）納米纖維素的表面修飾。在一定范圍內，適當增加納米纖維素表面官能團種類和數量（如羧基、氨基、磺酸基等），可以更好地促進納米銅在納米纖維素上的沉積，避免團聚的同時，提高納米纖維素與納米銅的結合力。

（2）將納米銅制備為二維材料。目前的主流思路是降低納米銅尺寸（如鹽分解工藝），未來可以考慮將納米銅制備為銅膜等二維材料（增大其尺寸），并采用合適的表面處理工藝對銅膜改性，促進其與納米纖維素結合。

（3）復合材料的抗氧化處理。納米銅很容易受到氧化，難點在于在保護納米銅的同時不能顯著降低其導電、導熱性能。采用有機溶劑苯并三唑等對納米銅表面進行處理，在納米銅表面包覆導電聚合物、金屬氧化物，或將其制備為銅納米線等方法，一定程度上可以抗氧化，但是上述方法對納米銅的性能都有一定程度的影響。Peng等人[79]利用甲酸鈉在銅（適用于納米銅、銅片等各種尺度）表面形成超薄配位層可以防止銅的氧化，并對其導電、導熱性能無影響，為后續納米銅的抗氧化提供了新思路。

（4）開發更高效的綠色還原劑。水合肼、硼氫化鈉等化學還原劑對環境有巨大危害，可以考慮開發植物提取液做還原劑，并對提取液進行濃縮等處理以提升還原性（植物提取液還原性較低）。

（5）進一步拓展納米纖維素/納米銅復合材料的應用領域。目前納米銅在臨床醫學（抗腫瘤、治療阿爾茨海默氏癥等）、光催化、點擊化學等領域展現出巨大潛力，可以拓展納米纖維素/納米銅復合材料在上述領域的應用。