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一、引言
近年来，石油基聚合物产生的塑料因为不可生物降解，其废弃物对环境的污染日益严重。据统计，海洋垃圾中，报纸、塑料瓶、一次性尿布等废弃物的生物降解分别需要6周、年、年，各种动物由于误食塑料制品或者被其缠绕受到伤害甚至死亡，所以塑料垃圾已被分类为危险物。每年约有八百万吨塑料倾倒在海里，如果继续下去，预计到年海洋中的塑料数量将超过鱼类。尤其，微塑料更是一种日益严重的污染物，严重危害健康。面对塑料废弃物的严重污染以及不可再生的石油煤炭等资源日益枯竭，开发和利用可再生资源生产环境友好材料和化学品已经引起全球极大重视。最近在大阪举行的G20峰会上各国领导人已签署协议，承诺至年海洋中塑料垃圾减少为0。为此，一方面要做好塑料的回收和循环利用，另一方面要加大可持续的环境友好高分子新材料研究与开发。利用自然界中碳水化合物和聚多糖为原料生产环境友好的生物塑料、水凝胶、复合材料等均属于可持续聚合物材料。天然高分子作为可持续的高分子材料，具有来源丰富、可再生、可生物降解、环保等优点。纤维素、甲壳素、蛋白质是最主要几种天然高分子，具有可再生、可完全生物降解、生物相容性好等优点，但它们具有复杂的多级结构和强相互作用，难以溶解和熔融加工，限制了其广泛使用。目前，利用纤维素、甲壳素和蛋白质等生物质资源研究与开发化学产物和材料已成为国际科技前沿领域。由于篇幅有限，本报告将主要集中总结近三年纤维素和甲壳素及其衍生物，以及蛋白质基材料的研究进展。
二、发展现状及最新进展
（一）纤维素及其衍生物研究进展
发展新型高效的纤维素溶剂是实现纤维素的清洁加工及其高值化转化的有效途径。我国学者在此领域做出了出色的研究成果，特别是在碱/尿素水溶剂体系和离子液体溶剂体系。张俐娜团队突破使用有机溶剂加热溶解高分子的传统方法，利用碱/尿素水体系低温成功溶解了纤维素，并且直接用纤维素浓溶液中再生制备出纤维、膜、水凝胶、气凝胶和微球等新材料，并证明它们具有优良的性能和不同功能。实验证明这些新材料在纺织、包装、生物医用材料、储能材料、水处理材料以及纳米催化剂载体材料等有广泛应用前景。张俐娜和危岩等利用动态酰腙键构建具有双重响应性、高修复效率和优良力学性能的自修复羧乙基纤维素-聚乙二醇水凝胶，适宜细胞的三维培养支架。张俐娜和常春雨等通过纤维素分子间强自聚力作用制备出高强度的有细微皱纹结构的水凝胶，它能诱导心肌细胞的生长。张俐娜和胡良斌等用纤维素溶液自组装成具有紧密堆积和排列结构的纤维素纳米纤维组成的强韧性再生纤维素薄膜，它具有高光学清晰度、低雾度和双折射行为，适宜用于柔性电子和光电应用。张俐娜和谢佳等制备出纤维素/聚苯胺/十二烷基磺酸钠复合微球，并将其碳化得到N/S共掺杂的碳球，由于其层间距明显高于锂离子电池常用碳材料，当其作为钠离子电池的负极材料时具有高倍率和稳定循环充放电性能。张俐娜和傅强等利用碱/尿素水溶剂体系低温溶解纤维素，在低温植酸凝固浴中使纤维素分子链平行排列并自聚集形成纳米纤维，成功制备出高强度纤维素纤维。目前武汉大学与丝丽雅集团和四川大学正在合作推进产业化试验，有望替代传统黏胶法生产的黏胶纤维和玻璃纸。蔡杰等提出依次进行化学交联和物理交联的双交联策略，构建高强韧双交联纤维素水凝胶，并阐明“牺牲键-载荷受体-骨架”的协同增强机理。他们还构建出高韧性双交联纤维素膜，并发现在拉伸过程中出现聚多糖材料中尚未被报道的应力发白现象，阐明其应力发白和增韧机理。他们还提出基于三维纤维素凝胶网络结构增强聚合物纳米复合材料的策略，通过原位开环聚合、自由基聚合等方法，制备出高性能聚丙烯酸酯、聚乳酸-co-聚己内酯和聚苯乙烯等聚合物纳米复合材料，并用修正的逾渗模型成功描述三维凝胶网络的力学增强行为。
（二）甲壳素及其衍生物研究进展
甲壳素是含量仅次于纤维素的天然高分子，也是最丰富的海洋聚多糖。张俐娜团队利用NaOH/尿素水体系低温溶解甲壳素，证明NaOH/尿素氢键键接的护套结构包覆甲壳素分子链促进其溶解。基于该溶剂体系，并结合甲壳素良好的生物相容性，重金属离子以及有机物的吸附性等特点，制备出纤维、膜、水凝胶、塑料、微球等甲壳素基新材料，同时证明它们具有优良的力学性能、生物相容性、电子导电性、吸附分离功能，在生物医用、储能、水处理以及纳米催化剂载体等领域有广泛应用前景。他们通过“自下而上”的方法制备出甲壳素微球，可有效地支撑和促进细胞三维粘附和生长，并表现出很好的生物相容性。张俐娜、吕昂和傅强等利用NaOH/尿素水溶剂体系低温溶解甲壳素，在低温植酸凝固浴中使甲壳素分子链平行排列并自聚集形成纳米纤维，成功制备出高强度甲壳素纤维。张俐娜和*亮等制备出具有多级孔结构的甲壳素基碳/聚苯胺微球用于超级电容器的电极材料，可显著提升电容量、倍率性以及循环稳定性。张俐娜和雷爱文等制备出甲壳素基N/O双掺杂碳微球，有效地促进烷烃、氨基化合物与CO发生双羰基氧化偶联反应，生成α-酮酰胺。他们还以此甲壳素基N掺杂碳球为载体，诱导钯催化剂的电子向其吡啶型和吡咯型N转移，减弱对中间产物烯烃的吸附能力和抑制其进一步氢化，从而实现高效和高选择性地转化炔烃为烯烃。蔡杰等通过对甲壳素分子链的氢键和疏水作用，以及甲壳素水凝胶和膜的聚集态结构调控，创建基于KOH/尿素水溶液的高效、节能、“绿色”途径制备高强度、透明甲壳素膜，为有效利用海洋生物质资源提供新途径和新技术。他们提出依次进行化学交联和物理交联的双交联策略，通过交联剂与N-乙酰葡糖胺的摩尔比控制水凝胶的化学交联密度，并通过中和溶液的浓度调控甲壳素结晶水合物的结构和含量，进而调控整个水凝胶的聚集态结构，制备出高强度、高韧性的双交联甲壳素水凝胶。他们还在KOH/尿素水溶液中一步法均相合成两亲性季铵化β-甲壳素衍生物，对大肠杆菌、金*色葡萄球菌、白色念珠菌和米根霉菌表现出优异的抗菌活性，并能够显著促进感染伤口的愈合。姚宏斌等制备了氰乙基修饰的甲壳素纳米纤维隔膜，该隔膜具有较高的力学性能以及优异的离子传导性能，成功应用于高性能锂离子电池。姚宏斌、俞书宏等利用虾壳为原料制备了高强度和热稳定性的甲壳素纳米纤维，进一步通过盐模板法制备了具有纳米孔结构的甲壳素纳米纤维隔膜，并将其成功应用于锂/钠离子电池。李朝旭等利用NaOH/尿素水溶液体系溶解甲壳素后进行均相乙腈化疏水改性制得甲壳素纳米片，将纳米片碳化后作为超级电容器电极材料和压力传感。
（三）蛋白质基材料研究进展
动物丝蛋白基（包括蚕丝、蜘蛛丝和基因重组丝蛋白）材料最近十年受到了广泛地