随着可再生资源和绿色环保材料的快速发展，纳米纤维素（Nanocellulose）因其轻质高强、可再生和可降解等优势，逐渐成为科研和工业领域的研究热点。其中，TEMPO氧化改性作为一种高效、可控的表面功能化方法，为纳米纤维素赋予了更多性能与应用潜力。本文将以科普角度，介绍TEMPO氧化纳米纤维素的原理、特性和典型应用。

TEMPO氧化是什么？

TEMPO（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧自由基）是一种有机自由基催化剂。在碱性条件下，TEMPO与次氯酸钠（NaClO）、溴化钠（NaBr）共同作用，可选择性地将纤维素分子C6位的伯羟基氧化为羧基（–COOH）。
这种反应具有以下优点：

• 选择性强：主要作用于C6位，不破坏纤维素主链；

• 温和条件：常温下即可进行，绿色环保；

• 产物可控：通过调节反应条件可控制氧化程度。

TEMPO氧化纳米纤维素的特性

经TEMPO氧化改性后，纳米纤维素具备以下突出特性：

1. 表面带电荷：羧基引入后，使纳米纤维素带负电荷，分散性显著增强；

2. 界面相容性强：羧基可与聚合物、蛋白质、金属离子等形成氢键或静电作用，增强复合材料性能；

3. 尺寸更可控：氧化处理有助于获得直径在3–10 nm、长度数百纳米的均匀纤维；

4. 可进一步功能化：羧基为活性位点，可进行接枝改性、交联或金属离子络合。

TEMPO氧化纳米纤维素的应用

1. 复合材料增强剂
   在塑料、橡胶和水凝胶中添加，可提升机械强度、韧性和耐久性。

2. 食品包装材料
   TEMPO氧化纳米纤维素制成的薄膜具有良好的氧气阻隔性和透明性，有助于延长食品保质期。

3. 水处理与环保领域
   羧基基团可吸附重金属离子和染料分子，用于污水净化和环境治理。

4. 医药与生物医学
   作为药物载体和组织工程支架，展现出优异的生物相容性和可降解性。

5. 储能与电子器件
   应用于电池隔膜和超级电容器中，提高导电性和循环寿命。

前景展望

TEMPO氧化纳米纤维素因其制备方法温和、性能突出和应用广泛，被认为是未来绿色新材料的重要方向。随着制备工艺的规模化与成本优化，其在包装、新能源、生物医药、环境治理等领域有望实现更大规模的产业化应用。