木質素光熱轉換性能提升策略及其應用研究進展

摘 要： 隨著全球能源危機和環境問題日益嚴峻，開發高效、清潔、可再生的能源技術成為當務之急。光熱轉換材料通過高效吸收太陽輻射并將其轉化為熱能，不僅拓寬了太陽能的利用維度，還能有效降低對傳統化石能源的依賴。近年來，木質素在光熱轉換領域受到廣泛關注。作為自然界中儲量最大的芳香族有機高分子化合物，木質素具有眾多不飽和基團和共軛結構，表現出相當大的光熱轉換潛力，目前已在能源收集與存儲、海水淡化、光熱治療等領域得到探索。本文介紹了木質素的結構、光熱轉換原理和改性策略，綜述了不同木質素基光熱材料的制備方法及其在光熱轉換領域的應用研究進展，對其未來的發展進行了展望，以期為新型光熱轉換材料的開發提供參考。

關鍵詞：木質素；改性；光熱轉換；太陽能；能源利用

中圖分類號：TS7；TS01 文獻標識碼：A DOI：10. 11980/j. issn. 0254-508X. 2025. 06. 001

作為地球上儲量最豐富且分布最廣泛的清潔能源，太陽能在應對全球氣候變化、緩解化石能源危機、優化能源結構體系等關鍵領域具有不可替代的戰略價值[1]。光熱轉換技術是高效利用太陽能的關鍵路徑之一，其獨特的優勢在于能夠實現太陽光譜的全波段有效吸收與轉化，從而大幅提高太陽能的整體利用效率[2]。太陽發射紫外線、可見光和紅外線輻射能量，這些光攜帶不同振動頻率的光子，在遇到物體時部分光子被物體吸收，導致物體溫度升高[3]，即實現光熱轉換。與其他太陽能利用技術相比，光熱轉換技術可以直接獲取并利用太陽能，能夠將吸收的大部分光能直接轉換為熱能，而且具有較高的能量轉換效率[4-6]。因此，開發光熱材料是有效降低化石能源依賴、助力碳中和目標，并推動清潔能源應用的關鍵。

光熱轉換材料的類型可分為貴金屬納米材料、過渡金屬材料、碳基納米材料和有機共軛材料。盡管這些光熱材料受到了廣泛的關注且一直是研究重點，但仍然表現出一些缺點，如成本高、不可降解、生物毒性大等；由于結構不穩定，有機光熱材料易受到光漂白的影響；此外，有機共軛材料的合成涉及有毒化學試劑。因此，探索環保、穩定、高效的光熱轉化材料是低碳可持續發展的迫切需求。

木質素作為自然界中含量豐富的天然多酚，無毒無害，但長期以來僅作為農林業和造紙等工業廢棄物并進行填埋或燃燒供能等低值化利用[7]，這不僅是對生物質資源的極大浪費，還會對環境造成巨大壓力。如今，利用木質素代替其他多酚化合物制備清潔環保、可再生材料的研究越來越多。由于結構內存在大量的不飽和基團和共軛結構，木質素未經化學改性就已具有較寬的太陽光吸收范圍和優異的光熱轉換能力。木質素內部含有豐富的官能團，可通過化學基團改性或與其他物質交聯，從而提升光熱性能。得益于其可調控的光吸收性能和優異的光熱轉換效率，木質素及其衍生物已成為光熱材料領域的重要研究對象。

綜上所述，木質素具有綠色無毒、可生物降解、價格低廉、化學反應活性高、可調的光吸收范圍及高光熱轉換效率等優勢，在清潔能源開發和先進生物基材料制造領域表現出廣闊的應用前景。然而，目前國內外對木質素應用于光熱材料的研究還處于初級階段。本文首先對木質素的結構和光熱轉換機理進行了基本概述，討論了木質素的幾種改性方式和增強光熱性能的原理；總結了近年來木質素基光熱材料的應用研究進展；最后對木質素在光熱轉換領域的發展與挑戰進行了評價，以期為生物質基光熱材料的后續研發提供思路。

1 木質素的光熱轉換機理

木質素是一種由苯基丙烷 （主要為紫丁香基、愈創木基和對羥苯基） 基本結構單元組成的高度復雜的芳香族有機聚合物 （圖1（a））[8]，是除纖維素之外的第一大天然有機聚合物。在造紙工業中，木質素的天然結構被酸、堿和高溫條件破壞，導致發色團 （苯環、醌甲基、羰基、碳碳雙鍵） 和同色基團 （酚羥基） 的形成[9]，因此得到的工業木質素為深棕色，而深色提高了其本身光吸收能力。根據木質素的提取方式，木質素可分為堿木質素、硫酸鹽木質素、木質素磺酸鹽、有機溶劑木質素、酶解木質素等；從不同原料中提取的木質素也不盡相同[10-11]。堿木質素、硫酸鹽木質素分子質量較低，且含有大量的活性基團，如酚羥基、羧基等；硫酸鹽木質素和木質素磺酸鹽含有大量雜原子[12]；提取條件溫和的酶解木質素分子質量較大，且酚羥基含量較少，光熱能力較弱。這些差異直接影響木質素分子內和分子間相互作用與木質素中發色基團和同色基團的濃度，進而影響其光熱轉化性能。無論采用何種方法獲得木質素，天然木質素的結構構型在分離過程中均會發生改變。目前天然木質素的準確結構還無法確定，研究人員大多從木質素的官能團以及空間位阻的角度來解析木質素的光熱轉換能力。

木質素的光熱轉換能力主要受發色基團和同色基團的含量以及其在木質素分子間的共軛和堆疊效應影響[13]。在低能照射下，分子中呈松散狀態的電子很容易從 π 軌道激發到 π*軌道，當入射光子的能量滿足木質素的電子躍遷時，π電子將從基態激發到更高能量的態，通過振動-電子耦合將激發態的電子弛豫到基態后，多余的能量會以熱量的形式釋放出來。隨著π鍵數量的增加，兩帶隙間能量減小，分子的光吸收能力也隨之增強，所以具有豐富的共軛π鍵的物質更容易通過吸收入射光的方式激發電子，再通過分子熱振動的形式將吸收的能量轉換為熱能，因而表現出更高的光熱轉換效率[14]。木質素的芳香環和共軛官能團有利于木質素分子間的強共軛相互作用，這種結構促進電子躍遷到能量更高的軌道[15]。因此，增強木質素分子內和分子間共軛效應可以提高其光熱轉換能力。

2 增強木質素光熱轉換能力的改性策略

木質素的光熱轉換強度和效率往往不能滿足實際應用，而木質素化學修飾靈活，為了增強其光熱性能，常對木質素進行改性，引入或修飾官能團以促進木質素分子的π-π堆積來增強光熱轉換效率，本質上是促進木質素共軛芳香結構的電子離域、減少電子躍遷的帶隙。目前增強π-π堆積的主要方法有酚化、純化、乙?；坊⒔饘匐x子螯合等 （圖2），表1為幾種改性方式的簡單比較。

木質素的酚化可使木質素分子的酚羥基增多，導致分子間作用力增強，故光熱轉化能力增強[20]。Yang等[16]將木質素的酚羥基含量顯著提高 18.05 倍，在1 W/cm2光輻射下，酚化木質素vitrimer化合物的光熱效率達到了93.2%。另外，純化去除了雜質和共軛較少的組分，且木質素分子在靠近時有堆積的自然趨勢，通過超分子自組裝，使得剩余的木質素能夠形成更有序和平面的結構，減小苯環之間的距離并增強π-π堆積[21-22]，如圖1（b）所示。在無序的木質素聚集體中，親水性部分和疏水性部分是隨機排列的。苯環之間的平均距離相對較大，導致了苯環與其他苯環發生π-π的相互作用較少。相比之下，無序的木質素聚集體通過超分子自組裝后，親水和疏水部分有序排列。

苯環之間的平均距離相對較小，在π-π相互作用的有效距離內放置的苯環較多，有效地增強了木質素的π-π 共軛[23]。Shao 等[17]研究表明，碘環己烷對木質素的活化破壞了分子結構并降低了木質素的甲氧基含量，間接增強了酚羥基含量和分子間鍵合，酚羥基之間的氫鍵作用加劇了苯環之間的π-π相互作用，提高了木質素的光熱轉換性能，促進了非輻射衰變轉化為熱能的過程。

木質素的羥基可以形成強氫鍵相互作用，增強木質素分子的π-π堆積。然而，分子間相互作用過強會使分子聚集過于緊密，嚴重限制了木質素的分子運動并且不利于非輻射衰變。增加木質素接枝共軛結構數量、減弱分子間相互作用、增強分子運動，可以獲得更高的光熱轉換效率。Lei 等[18]通過吸電子基團 （乙?；?對木質素進行修飾，形成電子供體-受體共軛結構，木質素分子之間的分子間相互作用也減少，導致分子運動誘導的非輻射衰變增強，木質素的光熱效應得到了顯著改善，并增強了光吸收能力。與未改性的木質素相比，乙?；哪举|素顯著降低了 0.24 eV的帶隙，導致光吸收改善。Shi 等[19]發現，在木質素苯環上成功接枝胺基后，可以形成電子離域和空間共軛，胺基和苯環之間的電荷轉移表明存在供體-受體結構。引入供電子的含 N 基團 （—NH2、—NH—、—C=N—和—CONH—） 減小了帶隙，使木質素的波長發生紅移，含N官能團的聚集有助于電子躍遷和分子間（或內）電子離域，穩定了非輻射旋轉的結構。

多酚結構與金屬離子螯合通過擴展多酚的共軛平面、調控電子離域范圍及動態配位結構，可實現可見光至近紅外區域的光吸收可調性。Zhao等[24]用去甲基化木質素與 Fe3+配位制備 D-Lig-Fe。結果表明，去甲基后酚羥基占比增大，再與金屬離子Fe3+螯合，使得輻射遷移減弱、非輻射遷移增強，而且吸光譜出現了紅移，能有效且穩定地利用太陽光譜中的光子產生熱。

3 木質素基光熱轉換材料的應用

基于木質素的光熱轉換機制，利用相匹配的改性策略，可制備具有更高光熱轉換效率和穩定性的光熱材料，為實現木質素的高附加值應用提供新的路徑。近年來，木質素基光熱材料逐漸被研究人員報道并應用于海水蒸發、光熱發電、光熱愈療、節能建筑等領域。

3. 1 海水蒸發

隨著社會經濟發展，水污染問題日益加劇，淡水短缺逐漸成為緊迫的全球性問題，海水淡化被認為是緩解淡水問題的有效途徑[25-26]。太陽能界面蒸發是基于傳統的光熱轉換過程而開發的一種新型海水淡化技術[27]。與整體蒸發系統相比，界面蒸發將太陽熱量和生成的蒸汽限制在水-空氣界面[28]。然而蒸發器材料對蒸發效率具有至關重要的影響，木質素的多酚結構已被證明可以增強蒸發器的機械強度、促進水分的快速輸送[29]、吸收重金屬離子[30]、降低蒸發焓[31]。因此，將木質素用于太陽能蒸發器引起了人們的廣泛關注。木質素界面太陽能蒸發系統類型見圖3（a）。

Xi等[32]以木質素和聚氨酯泡沫為光熱材料制備的LPUF 可用于太陽能蒸發，并探究了木質素分解產物結構與蒸發性能的關系。木質素的加入有效地提高了LPUF 吸水膨脹后的力學性能，并賦予了泡沫光熱轉換能力，且隨木質素分子質量和用量的增加而增強。LPUF的水蒸發速率高達2.58 kg/（m2·h），在LPUF表面負載聚苯胺 （PANI） 后，由于協同作用進一步提高至3.00 kg/（m2·h）以上。LPUF-PANI對染料廢水具有良好的凈化效果，具有出色的長期穩定性，為生態友好和經濟可持續的淡水生產提供了潛在的解決方案。Jeno等[33]利用木質素納米顆粒和纖維素納米纖維分別用作生物可再生的光吸收劑和親水性載體，開發了一種光吸收多孔水凝膠，再通過種子介導的生長與金納米粒子共價交聯和雜交，以增強其機械穩定性、親水性和光熱轉換性能，構建了一個有效的界面加熱系統，應用于高效太陽能蒸餾脫鹽 （圖3（b）），在1個太陽 輻 射 下 表 現 出 卓 越 和 持 久 的 高 鹽 和 pH 耐 受 性、3.17 kg/（m2·h）的蒸發速率和 83.4% 的蒸發效率。Chen等[34]以帶相反電荷的殼聚糖和木質素為原料，在堿性尿素溶劑中，通過交聯和冷凍干燥的方法成功制備了雜化氣凝膠，再利用納米銀的協同光熱效應，制備一種具有高太陽光捕獲能力和高光熱轉換速率的蒸發器。氣凝膠上豐富的親水基團可以活化水分子，使水的蒸發焓顯著降低 62%，在 1 kW/m2照射下，實現了3.57 kg/（m2·h）的蒸發速率和 92.1% 的蒸發效率。Yue等[35]使用改性酚醛木質素作為光熱轉換材料，絲瓜絡作為水傳輸層，構建了全生物質太陽能蒸發器，并在1個太陽光強下實現了 1.75 kg/（m2·h）的蒸發速率和高達 97.6%的蒸發效率 （圖 3（c））。所獲得的蒸發器不僅具有約100%的穩定脫鹽率，而且抑制了鹽結晶以確保水輸送。實驗驗證了噴涂聚乙二醇后，蒸發器可以儲存多余能量并在黑暗中觸發海水持續蒸發，因此對全天候海水淡化具有重要貢獻。

3. 2 光熱發電

太陽能熱電發電機是一種吸收陽光并將其轉化為熱量的裝置，利用上下表面之間的溫差發電[36]。木質素光熱轉化材料可將吸收的熱量轉換為電能。這種材料在能源收集、存儲和轉換方面具有重要的應用價值。

Li等[20]將低分子質量的堿木質素作為光熱劑與聚乙烯彈性體復合，在近紅外光照射下，其光熱轉換效率高達53.7%，光熱溫度超過280 ℃。所制備的發電機對光敏感，產生的電壓隨著光強的增加從0.10 V增至0.23 V，發電機產生的電能可以驅動電風扇運轉，可將遠程照明轉化為更容易使用的電能，證明該太陽能發電裝置具有良好的響應性。Wang等[37]將堿木質素納米膠束與以木質素為原料制備的水性聚氨酯 （LWPU）乳液共混制備了強韌的 LWPU/木質素納米復合材料（圖4（a）和圖4（b））。模擬太陽光照射涂有0.1 mm LWPU/DAL涂層的熱發電機 （TEG），涂層將光轉化為熱能，并進一步將熱量傳遞到TEG的上表面，而TEG的下表面與冷源接觸后，與上表面形成溫差并發電，所產生的電壓在90 s內穩定，表明此時TEG兩側的溫差是恒定的，溫差隨著光功率的增大而增大，當輸出電壓gt;0.4 V時，驅動小風扇旋轉。Zhao等[38]介紹了木質素顆粒 （L-NPs） 進行光熱轉換的裝置 （圖 4（c）～圖 4（e））。木質素可以簡單通過室溫下的自組裝方法轉化為L-NPs。 粉 末 狀 L-NPs 在 很 寬 的 波 長 范 圍 （200～2 400 nm） 有吸光度，可與太陽光譜重疊。另外，他們還證實了L-NPs作為光熱轉換太陽能吸收材料的潛力。L-NPs的表面溫度在 30 min內從 28 ℃升至 63 ℃，在標準太陽輻射 （100 mW/cm2） 下穩定進行光熱轉換 （22%），在 100～200 ℃范圍內表現出良好的熱穩定性，表明其具有作為光熱試劑的潛力，可成功驅動熱電發電機和太陽能蒸汽發生器。Shao等[39]以 3種不同官能團含量的木質素為研究對象，通過2種反應途徑考察了木質素對 CuS 粒徑和溶液穩定性的潛在影響。結果表明，由于CuS與木質素分子間的強配位和靜電吸引作用，根據木質素含量可調控CuS納米粒子的粒徑。利用木質素引導的CuS穩定溶液制備的PVA光熱薄膜具有 95% 的太陽能吸收率、49% 的光熱轉換效率和0.38 V的出色溫差發電能力。

3. 3 光熱愈療

木質素基天然光熱材料，有殺菌活性、強生物相容性，可用作藥物載體，在癌癥藥物治療方面比蛋白質和其他聚合物更有潛力[40-41]。光熱治療是一種有效的物理治療方法，其原理是利用光照，使富集于腫瘤部位的光敏劑藥物將光能轉化為熱能，產生局部高溫，引起腫瘤細胞或組織內部發生一系列生物化學反應，最終達到細胞凋亡、殺死病變組織的目的[42-43]。Fan 等[44]報道了一種基于木質素衍生物輔助構建的亞10 nm超分子自組裝體，顯著提高了對乳腺癌的治療效果。納米組裝體在光熱治療中誘導放大的免疫原性細胞死亡，激活樹突狀細胞并啟動細胞毒性T細胞反應，有效促進了對激光照射的原發腫瘤和遠處腫瘤的系統特異性T細胞免疫。Chao等[45]報道了一種具有高效光熱抗菌活性的木質素/聚乙烯醇水凝膠復合材料，可以有效解決感染傷口愈合問題。結果表明，水凝膠在適當功率的近紅外激光照射下，其光熱效應可有效殺滅細菌，有光熱抗菌作用的水凝膠敷料可縮短炎癥期，促進肉芽組織增生、上皮再生和血管生成，同時還能抑制瘢痕的形成，增加纖維結締組織的增殖，加速膠原蛋白的沉積，促進傷口快速愈合，有望成為一種優良的抗菌性傷口敷料。

另外，木質素還能通過光熱轉化而局部升溫，對細菌、病毒等病原體進行物理滅活。Chen等[46]以木質素為穩定劑和還原劑，構建了具有鈀納米粒子節點的金屬-酚醛網絡 （圖 5（a））?；腔举|素鈀 （SLS-Pd）具有超細尺寸的鈀納米顆粒和寬帶近紅外吸收，表現出優異的類氧化酶活性和穩定的光熱效應。SLS-Pd介導的協同抗菌系統在對抗各種多微生物生物膜方面表現出顯著的功效 （圖 5（b））。通過建立根管模型和口咽部念珠菌病模型，進一步驗證了協同抗菌系統治療口腔生物膜相關感染的可行性 （圖 5（c））。在協同處理過程中，詳細測量了根管口和根管內、根管尖部的溫度變化 （圖5（d）和圖5（e）），安全、有效地清除了根管治療中的細菌生物膜。Xie 等[47]利用木質素制備的納米復合材料LS-CuS （圖5（f）），在近紅外光激活下展示出增強的光熱效應和類過氧化物酶活性，實現了高效殺菌。如圖5（g）所示，在 H2O2條件下近紅外光照射 5 min，LS-CuS 納米復合材料使大腸桿菌和金黃色葡萄球菌顯著減少，且與LWPU混合制備的復合膜在5 min內也達到了超過90%的殺菌效率。

3. 4 節能建筑

木質素憑借其獨特的芳香骨架、多活性位點 （如酚羥基、醚鍵） 及可調控的化學結構，在功能材料領域展現出多維應用潛力，尤其在室內保暖防曬、室外玻璃除冰等方面。木質素中豐富的發色基團使其能夠吸收太陽能并阻擋紫外線輻射，從而成為節能建筑領域具有潛力的光熱轉換材料[48]。

Liu 等[49]將含有質量分數 20% 木質素納米顆粒嵌入殼聚糖基質，所制備的納米復合材料在 400 nm 處表現出 97% 的紫外線阻擋效率，將復合材料暴露于100 mW/cm2陽光下照射，溫度從 23 ℃升至 40 ℃僅用120 s，之后在持續10 min輻射內波動很小，一直維持在 41 ℃左右。另外，將含有質量分數 20% 木質素納米顆粒的納米復合材料作為光熱玻璃涂層，通過調整涂層厚度實現了室內溫度的冷卻。在模擬100 mW/cm2的太陽輻射下，20 μm 涂層與未涂覆玻璃的系統相比，溫度降低了 58% （圖 6（a））。Yang 等[50]將含高碘酸鹽氧化木 （POW） 作為支撐材料，并原位保留木質素作為光吸收劑摻雜劑，開發了一種可持續多孔支撐 POW/PCM 復合材料，具有出色的形狀穩定性，從而解決了液體泄漏問題，實現快速導熱以達到最大能量 存 儲 體 積 。 所 得 POW/PCM 復 合 材 料 表 現 出 約86.7%的高光熱轉換效率和151 J/g的高潛熱，固定在模型房屋頂上，可保持室內溫度相對恒定，在智能建筑的熱調節中顯示出巨大潛力。

木質素的顯著光熱效應在墻壁和屋頂的超疏水涂層中是有利的，可通過將超疏水表面的抗黏附機制與光熱轉換技術相結合，促進有效除冰。Ma 等[51]報道了在 γ-戊內酯/水二元體系中通過動力學調控制備具有寬尺寸控制范圍和高固體含量的木質素微納米球（LMNS）。將制備的 LMNS 進一步用于木材表面制備功能性超疏水涂層，其水接觸角為165.8°，滑動角為5°，該涂料在一系列測試中表現出優異的機械和化學穩定性，同時還具有良好的耐有機溶劑性能。如圖 6（b）所示，環氧樹脂涂層上的水滴在接觸時變成橢圓形，并在395 s后完全凍結；相比之下，添加LMNS后表面的水滴呈球形，凍結時間延遲至 534 s，表明超疏水涂層具有優異的防冰能力。當水滴接觸涂層表面時，由于空氣的低傳熱效率，在液滴下方形成空氣層，以防止熱量從基底傳遞到液滴，從而有效延長凍結時間 （圖6（c））。該涂層具有良好的光熱效應，在高效除冰、抗菌等方面具有潛在的應用前景 （圖6（d））。Wu具有氨基官能團的木質素納米粒子等[52]采用氨基磺酸和尿素為低共熔溶劑，并在白楊單板表，制備了面構建了具有紫外屏蔽性能的保護層。木質素納米粒子的酚羥基、羰基和共軛結構賦予了復合材料紫外屏蔽、光熱轉化和光熱除冰的性能。木質素納米粒子光熱轉化釋放的熱量賦予改性白楊單板光熱除冰性能。此外，復合材料具有超疏水性和耐久性，使白楊單板能夠通過水化實現自清潔 （圖 6（e）），有利于延長白楊單板在室外惡劣環境中的使用壽命。改性后的白楊單板具有多種特性，有利于擴大木質素作為紫外線屏蔽材料的高附加值用途，以及木質素在多功能復合材料中的應用。

4 結語與展望

面對全球能源危機問題，利用可再生的生物質資源進而開發高效光熱轉換材料，對減少化石能源的消耗具有重大意義，光熱材料的發展能夠充分利用太陽能這一清潔可再生能源。本文對木質素的分子結構、改性策略、木質素基光熱材料的研究進展及應用現狀進行了概述。雖然木質素基光熱轉換材料在緩解能源壓力的同時促進了木質素的高值化利用，但目前還有很多困難和挑戰仍需深入研究，以期有針對性地開發新型高效光熱轉化材料。在今后的研究中應著重解決以下問題。

4. 1 木質素分子復雜的結構與反應機制需要進一步研究。木質素結構復雜多樣并且具有超高反應活性，通過各種分離工藝獲得的工業木質素由于不同的分餾條件和生物質來源而表現出顯著的結構變異性，至今無法得到木質素的真實分子結構，其衍生物的具體結構更無法精準確定，進而制約材料性能穩定性。未來研究將聚焦于發展多組學聯用技術 （如單分子測序與時空分辨質譜） 解析木質素原位構效關系；開發仿生酶催化體系實現 C—C 鍵的位點選擇性斷裂與重構；構建跨尺度原位表征平臺 （如同步輻射X射線成像聯合原位拉曼），動態追蹤分離過程中超分子組裝行為；推進木質素數字模型構建，通過量子化學計算與分子動力學模擬預測其光熱響應機制，最終建立涵蓋“原料-工藝-結構-性能”全鏈條的標準化技術體系。

4. 2 規?；a中溶劑回收與能耗控制等工程化難題亟待突破。未來應探索簡單的、綠色的、低成本的改性策略，設計和精確調控木質素衍生物的結構，推動木質素光熱材料標準化生產。另外，木質素光熱材料生命周期碳足跡評估與閉環回收體系有待加強。即使原材料本身是低碳和環保的，它們的加工和轉化也可能難以實現規模化或對環境產生不利影響。采用可循環溶劑替代傳統有機溶劑和連續生產工藝減少溶劑損失和能源消耗；通過材料設計實現木質素光熱轉換材料的整體回收利用 （如動態酯鍵/二硫鍵的可逆斷裂-重組），最大限度地發揮材料的環保特性；或者開發酶降解回收技術，實現材料無害化再生。

4. 3 深入研究木質素的光學性質十分必要。木質素的光學特性也可用來評估材料性能，但目前對木質素光熱材料的評估主要集中在吸收率和光熱效率上，對于木質素輻射性能及光反射、偏振等的評價有限。為了更深入地了解木質素材料的潛在機制以實現更充分、高效地應用，必須重視測量材料的光學特性。未來研究應聚焦于系統解析木質素多元光學維度特性及材料多尺度結構的關聯機制，采用光譜聯用技術全波段解析木質素在吸收、反射、透射及偏振光下的響應特性，同時開發高精度原位檢測技術以揭示光-物質作用過程中的能量傳遞路徑。

總而言之，目前對木質素光熱轉換材料的研究仍處于發展的初級階段，隨著對木質素結構研究的不斷完善和改性方式的不斷進步，未來有望突破現有光熱轉換效率的理論極限。木質素將有可能成為一種制造成本低、高性能、工藝簡單、綠色無污染的光熱劑，加速光熱轉換材料的發展。

參 考 文 獻

［1］ GONG J， LI C， MICHAEL R， et al. Advances in Solar Energy

Conversion［J］. Chemical Society Reviews，2019，48（7）：1862-

1864.

［2］ 黨 奔，陳志俊 . 木基光熱轉換功能材料的應用研究進展［J］.

材料導報，2025，39（1）：55-67.

DANG B， CHEN Z J. Research Progress in the Application of Wood

based Photothermal Conversion Functional Materials［J］. Material

Reports，2025，39（1）：55-67.

［3］ CHU S， MAJUMDAR A. Opportunities and Challenges for A

Sustainable Energy Future［J］. Nature，2012，488（7411）：294-303.

［4］ TAKATA T， JIANG J Z， SAKAT Y， et al. Photocatalytic Water

Splitting with A Quantum Efficiency of Almost Unity［J］. Nature，

2020，581（7809）：411-414.

［5］ 陳曉東，何 漂，薛 波 . 太陽能光熱發電效率及應用研究［J］.

光源與照明，2024（8）：135-137.

CHEN X D， HE P， XUE B. Research on the Efficiency and Applica‐

tion of Solar Thermal Power Generation［J］. Light Sources and Illumi‐

nation，2024（8）：135-137.

［6］ 蔡倩倩 . 界面及體相調控策略制備光熱穩定鈣鈦礦太陽電池

［D］. 南昌：南昌大學，2024.

CAI Q Q. Fabrication of Photothermally Stable Perovskite Solar Cells

by Interface and Bulk Phase Control Strategies［D］. Nanchang： Nan‐

chang University，2024.

［7］ 馮飛飛，田 斌，馬鵬飛，等 . 木質素分離原理與方法研究進展

［J］. 化工進展，2024，43（5）：2512-2525.

FENG F F， TIAN B， MA P F， et al. Research Progress on the Prin‐

ciple and Method of Lignin Separation［J］. Chemical Progress，

2024，43（5）：2512-2525.

［8］ 汪 洋，周開鳴，張 璇，等 . 木質素及其衍生碳在電化學儲能

材料中的應用［J］. 中國造紙學報，2023，38（4）：140-145.

WANG Y， ZHOU K M， ZHANG X， et al. Application of Lignin and

Its Derived Carbon in Electrochemical Energy Storage Materials［J］.

Transoctions of China Pulp and Paper，2023，38（4）：140-145.

［9］ SHIKINAKA K， OTSUKA Y. Functional “Permanently Whitened”

Lignin Synthesized via Solvent-controlled Encapsulation［J］. Green

Chemistry，2022，24（8）：3243-3249.

［10］ ZHENG Y， ADRIAN M， ZHANG Y Q， et al. Harnessing

Chemical Functionality of Lignin Towards Stimuli-responsive

Materials［J］. Trends in Chemistry，2024，6（2）：62-78.

［11］ SCHUTYSER W， RENDERS T， BOSCH S V D， et al. Chemicals

from Lignin： An Interplay of Lignocellulose Fractionation，

Depolymerisation， and Upgrading［J］. Chemical Society Reviews，

2018，47（3）：852-908.

［12］ LIANG J， LI Z L， DAI S， et al. Production of Hemicelluloses

Sugars， Cellulose Pulp， and Lignosulfonate Surfactant Using Corn

Stalk by Prehydrolysis and Alkaline Sulfite Cooking［J］. Industrial

Crops and Products， DOI：10. 1016/j. indcrop. 2022. 115880.

［13］ ZHAO X P， HUANG C X， XIAO D M， et al. Melanin-inspired

Design： Preparing Sustainable Photothermal Materials from Lignin

for Energy Generation［J］. ACS Applied Materials amp; Interfaces，

2021，13（6）：7600-7607.

［14］ GAO M M， ZHU L L， PEH C K， et al. Solar Absorber Material

and System Designs for Photothermal Water Vaporization Towards

Clean Water and Energy Production［J］. Energy amp; Environmental

Science，2019，12（3）：841-864.

［15］ 李錦興. 木質素的光熱轉換效應及其在光熱功能彈性體的應用

研究［D］. 廣州：華南理工大學，2022.

LI J X. Photothermal conversion effect of lignin and its application

in photothermal functional elastomers［D］. Guangzhou： South China

University of Technology，2022.

［16］ YANG Y F， ZHOU H， CHEN X Q， et al. Green and Ultrastrong

Polyphenol Lignin-based Vitrimer Adhesive with Photothermal

Conversion Property， Wide Temperature Adaptability， and Solvent

Resistance［J］. Chemical Engineering Journal， DOI：10. 1016/j.

cej. 2023. 147216.

［17］ SHAO Q Z， YU L， CAO M F， et al. Lignin with Enhanced

Photothermal Performance for the Preparation of a Sustainable Solar

driven Double-layer Biomass Evaporator［J］. Chemical Engineering

Journal， DOI：10. 1016/j. cej. 2023. 146678.

［18］ LEI J J， CHEN L H， LIN J X， et al. Mechanism Study of the

Photothermal Function of Lignin： The Effect of Electron

withdrawing Groups［J］. Green Chemistry，2024，26（4）：2143-

2156.

［19］ SHI T， XU L， WANG Y N， et al. Aminated and Amidated

Structures Introduced by Ethylenediamine Pretreatment Endow

Lignin with Bright Fluorescence［J］. Green Chemistry，2022，24

（23）：9040-9054.

［20］ LI J X， LIU W F， QIU X Q， et al. Lignin： A Sustainable

Photothermal Block for Smart Elastomers［J］. Green Chemistry，

2022，24（2）：823-836.

［21］ LI Z K， ZHANG W D， YAN H L， et al. Emerging Photothermal

Materials from Lignin and Coal for Solar Vapor Generation［J］.

Advanced Functional Materials， DOI：10. 1002/adfm. 202424864.

［22］ GUAN Y H， LIU H， HAN Y， et al. Unlocking the Photothermal

Conversion Capacity of Lignin and Lignin-derived Materials［J］.

Chemical Engineering Journal， DOI：10. 1016/j. cej. 2024. 154985.

［23］ XIANG T， CHEN L H， QIU X Q， et al. Strengthening the

π-conjugation of Lignin by Constructing Its Ordered Supramolecular

Structure［J］. Chemical Engineering Journal， DOI：10. 1016/j.

cej. 2024. 154356.

［24］ ZHAO X P， SHI L， TIAN B， et al. Harnessing Solar Energy for

Electrocatalytic Biorefinery Using Lignin-derived Photothermal

Materials［J］. Journal of Materials Chemistry A，2023，11（23）：

12308-12314.

［25］ FAN X F， LYU B， XU Y L， et al. Electrospun Reduced Graphene

Oxide/Polyacrylonitrile Membrane for High-performance Solar

Evaporation［J］. Solar Energy，2020，209：325-333.

［26］ FUZIL N S， OTHMAN N H， ALIAS N H， et al. A Review on

Photothermal Material and Its Usage in the Development of

Photothermal Membrane for Sustainable Clean Water Production

［J］. Desalination， DOI：10. 1016/j. desal. 2021. 115259.

［27］ TAO P， NI G， SONG C Y， et al. Solar-driven Interfacial

Evaporation［J］. Nature Energy，2018，3（12）：1031-1041.

［28］ CUI X M， RUAN Q F， ZHUO X L， et al. Photothermal

Nanomaterials： A Powerful Light-to-heat Converter［J］. Chemical

Reviews，2023，123（11）：6891-6952.

［29］ MAO Z Y， YAO Y， SHEN J D， et al. Passive Interfacial Cooling

induced Sustainable Electricity-water Cogeneration［J］. Nature

Water，2024，2（1）：93-100.

［30］ JIAO G J， MA J L， HU J G， et al. Hierarchical Build-up of Vertically

Oriented Lignin-based Aerogel for Photothermally Assisted Uranium

Uptake and Recovery from Acidic Wastewater［J］. Journal of Hazardous

Materials， DOI：10. 1016/j. jhazmat. 2023. 130988.

［31］ GU Y J， WANG D N， GAO Y， et al. Solar-powered High

performance Lignin-wood Evaporator for Solar Steam Generation［J］.

Advanced Functional Materials， DOI：10. 1002/adfm. 202306947.

［32］ XI Y B， GUO W Q， WANG X J， et al. Photothermal Properties

and Solar Water Evaporation Performance of Lignin-based

Polyurethane Foam Composites［J］. Langmuir，2024，40（13）：

7205-7214.

［33］ JEON J， LEE S H， LEE S R， et al. Biorenewable Polymer-based

Light-absorbing Porous Hydrogel for Efficient Solar Steam

Desalination［J］. ACS Applied Materials amp; Interfaces，2023，15

（25）：30692-30706.

［34］ CHEN S L， CHANG G， YANG D J， et al. Multifunctional Lignin

mediated Biomass Hybrid Aerogel with Plasmon-enhanced Solar

driven Desalination and Sewage Purification［J］. Desalination，

DOI：10. 1016/j. desal. 2023. 116572.

［35］ YUE Y Y， WANG Y， BAI Y， et al. A Loofah-based All-day-round

Solar Evaporator with Phenolic Lignin as the Light-absorbing

Material for a Highly Efficient Photothermal Conversion［J］.

Chemical Engineering Journal， DOI：10. 1016/j. cej. 2023. 147298.

［36］ AYACHI S， HE X， YOON H J. Solar Thermoelectricity for Power

Generation［J］. Advanced Energy Materials， DOI： 10. 1002/

aenm. 202300937.

［37］ WANG H X， ZHU D Y， LIU W F， et al. Strong and Tough Lignin

containing Waterborne Polyurethane Nanocomposites with Multiple

Hydrogen Bonds as Photothermal Power Generation Coatings［J］. ACS

Sustainable Chemistry amp; Engineering，2023，11（48）：17142-17156.

［38］ ZHAO X P， HUANG C X， XIAO D M， et al. Melanin-inspired

Design： Preparing Sustainable Photothermal Materials from Lignin

for Energy Generation［J］. ACS Applied Materials amp; Interfaces，

2021，13（6）：7600-7607.

［39］ SHAO Q Z， LI Y T， LIANG Z C， et al. Lignin： A Multifunctional

and Sustainable Photothermal Material for Solar-driven Thermoelectric

Generation and Desalination［J］. Composites. Part B，

Engineering， DOI：10. 1016/j. compositesb. 2024. 111694.

［40］ PENG Y T， CHENG L H， LUO C Y， et al. Tumor

Microenvironment-responsive Nanosystem Achieves Reactive

Oxygen Species Self-cycling after Photothermal Induction to

Enhance Efficacy of Antitumor Therapy［J］. Chemical Engineering

Journal， DOI：10. 1016/j. cej. 2023. 142370.

［41］ LI X S， LOVELL J， YOON J， et al. Clinical Development and

Potential of Photothermal and Photodynamic Therapies for Cancer

［J］. Nature Reviews Clinical Oncology，2020，17（11）：657-674.

［42］ CUI X M， RUAN Q F， ZHUO X L， et al. Photothermal

Nanomaterials： A Powerful Light-to-heat Converter［J］. Chemical

Reviews，2023，123（11）：6891-6952.

［43］ YI X L， DUAN Q Y， WU F G. Low-temperature Photothermal

Therapy： Strategies and Applications［J］. Research， DOI：10. 3413

3/2021/9816594.

［44］ FAN X D， YUE T X， LIU A D， et al. Lignin-assisted Construction

of Sub-10 nm Supramolecular Self-assembly for Photothermal

Immunotherapy and Potentiating Anti-Pd-1 Therapy Against

Primary and Distant Breast Tumors［J］.

Asian Journal of

Pharmaceutical Sciences，2022，17（5）：713-727.

［45］ CHAO Y Y， YU S K， ZHANG H， et al. Architecting Lignin/Poly

（Vinyl Alcohol） Hydrogel with Carbon Nanotubes for Photothermal

Antibacterial Therapy［J］. ACS Applied Bio Materials，2023，6

（4）：1525-1535.

［46］ CHEN L， PENG M N， LI H P， et al. Metal-phenolic Network with

Pd Nanoparticle Nodes Synergizes Oxidase-like and Photothermal

Properties to Eradicate Oral Polymicrobial Biofilm-associated Infections

［J］. Advanced Materials， DOI：10. 1002/adma. 202306376.

［47］ XIE Y X， QIAN Y， LI Z X， et al. Near-infrared-activated Efficient

Bacteria-killing by Lignin-based Copper Sulfide Nanocomposites

with an Enhanced Photothermal Effect and Peroxidase-like Activity

［J］. ACS Sustainable Chemistry amp; Engineering，2021，9（18）：

6479-6488.

［48］ 蓋曉倩，喻照川，李

雨，等. 木質素納米顆粒的制備及其在光

熱 轉 換 領 域 的 應 用 研 究 進 展［J］. 中 國 造 紙，2024，43（7）：

114-121.

GAI X Q， YU Z C， LI Y， et al. Preparation of Lignin Nanoparti‐

cles and Their Application in the Field of Photothermal Conversion

［J］. China Pulp amp; Paper，2024，43（7）：114-121.

［49］ LIU J R， MORENO A， CHANG J， et al. Fully Bio-based

Photothermal Films and Coatings for Indoor Ultraviolet Radiation

and Heat Management［J］. ACS Applied Materials amp; Interfaces，

2022，14：12693-12702.

［50］ YANG T， ZHANG H， HUANG C X， et al. Sustainable Porous

Scaffolds with Retained Lignin as an Effective Light-absorbing

Material for Efficient Photothermal Energy Conversion［J］. Small

Methods， DOI：10. 1002/smtd. 202300913.

［51］ MA B L， XIONG F Q， WANG H， et al. Tailorable and Scalable

Production of Eco-friendly Lignin Micro-nanospheres and Their

Application in Functional Superhydrophobic Coating［J］. Chemical

Engineering Journal， DOI：10. 1016/j. cej2023. 141309.

［52］ WU X Y， LIAN H L， LI X Y. An Ultraviolet Shielding Material

Based on Lignin Nanoparticles Engineered with Deep Eutectic

Solvents for Long-term Outdoor Application［J］. Journal of Cleaner

Production， DOI：10. 1016/j. jclepro. 2023. 139694. CPP

（責任編輯：蔡 慧）