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生物質(zhì)材料一般是指，以木材、竹材、農(nóng)作物秸稈等農(nóng)林廢棄物為原料，經(jīng)過(guò)物理、化學(xué)、生物等處理方法制備得到的綠色、環(huán)保、低碳的一種新材料，對(duì)緩解我國(guó)的能源緊缺，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，生物質(zhì)能源有著越來(lái)越重要的作用。

南京林業(yè)大學(xué)現(xiàn)代分析測(cè)試中心，2012年購(gòu)置了島津的AIXS UItraDLD X射線光電子能譜儀，經(jīng)過(guò)十多年的安全運(yùn)行，累計(jì)測(cè)試樣品數(shù)萬(wàn)個(gè)，在生物質(zhì)材料測(cè)試中積累了較豐富的經(jīng)驗(yàn)。在實(shí)際分析測(cè)試工作中，我們經(jīng)常遇到的生物質(zhì)材料有木質(zhì)素、纖維素、生物質(zhì)碳、木材等等。現(xiàn)結(jié)合實(shí)際工作與部分文獻(xiàn)，和大家分享一下島津XPS在生物質(zhì)材料測(cè)試中的應(yīng)用。

1纖維素Cellulose

纖維素是植物細(xì)胞壁主要組成成分，因而是自然界含量非常豐富的天然高分子聚合物之一。由于纖維素表面含有大量的自由活性羥基，利用XPS技術(shù)，我們可以在圖1全譜中很直接地看到：纖維素的成分為C和O兩種元素，對(duì)C 1s高分辨譜圖做分峰處理后，其主要有C-C 、C-OH 、C=O/O-C-O。

圖1 纖維素

納米纖維素膜改性處理

納米纖維素膜經(jīng)改性處理后，對(duì)膜表面進(jìn)行XPS測(cè)試后，如圖2，N 1s峰明顯出現(xiàn)，說(shuō)明成功加入了含N官能團(tuán)。

圖2 纖維素膜改性

2木材Timber

為了將木材應(yīng)用于功能器件載體，通過(guò)對(duì)木材表面處理，并利用XPS對(duì)C 1s 譜圖分析，可以看到，經(jīng)表面處理后（圖3），C-C 峰明顯減弱，C-OH成為最強(qiáng)主峰。

圖3 木材表面處理

圖4中，木材表面經(jīng)低溫等離子體處理后，表面發(fā)生氧化，可有效改善木材表面的界面潤(rùn)濕性，通過(guò)對(duì)C 1s峰分析，發(fā)現(xiàn)隨著處理時(shí)間的延長(zhǎng)，含氧官能團(tuán)明顯增加。

International Journal of Adhesion and Adhesive Volume 125, July 2023, 103435

圖4 木材表面等離子體處理

3秸稈Straw

從圖5全譜譜圖中可以看到，農(nóng)作物秸稈表面主要有C、N、O、Ca、 S 、P 、Si等元素，通過(guò)對(duì)P元素精細(xì)譜的掃描，可以看到P 2p 峰發(fā)生明顯變化，秸稈的脫磷實(shí)驗(yàn)效果明顯。

圖5 農(nóng)作物秸稈

 XPS能夠?qū)Ρ砻鎸踊虮∧さ慕M成和結(jié)構(gòu)提供有價(jià)值的信息，表征出表面的元素組成、元素價(jià)態(tài)及半定量分析，廣泛應(yīng)用于材料、化工、輕工、生物等許多領(lǐng)域。依托本校林業(yè)工程“一流學(xué)科”優(yōu)勢(shì)，我們也將繼續(xù)和島津合作，共同研究并拓展XPS技術(shù)在生物質(zhì)材料研究中的應(yīng)用。

島津全自動(dòng)、多技術(shù)成像型X射線光電子能譜儀

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