【纤维素重登JACS！低温常压限域化学转变从生物质中直接提取导电纳米纤维素】#浙江理工大学#
纤维素是一种丰富的天然生物聚合物，可以从植物和细菌中提取，是一种重要的可再生材料，它具有柔韧性、亲水性、可降解性、丰富的表面化学成分。然而，纤维素在能源、电子、太阳能电池和催化等领域遇到了挑战，因为它本质上是不导电的。使纤维素导电是研究人员热衷的领域，第一个最直接的方法是将纤维素碳化为碳材料，其不友好的地方在于，现有的方法不能满足安全和碳中和的要求。另一类使纤维素材料导电的方法是通过静电吸附、共价复合和交联等方式与导电材料复合。这类方法避免了碳化过程，但其复合结构的连续性不能完全保证，相分离也不能避免。关于 "导电纤维素"的研究论文数量每年都在迅速增加，从2011年的每年几百篇到2020年的每年八千多篇，但它们使用的方法基本上都是上述的类型。提出一种能够控制能源成本的安全和环保的化学反应策略是迫切需要的。
基于此，浙江理工大学王端超博士（第一作者）、余厚咏特聘教授（唯一通讯作者）在材料及化学领域国际顶级期刊Journal of the American Chemical Society（JACS）上发表题为《Confined Chemical Transitions for Direct Extraction of Conductive Cellulose Nanofibers with Graphitized Carbon Shell at Low Temperature and Pressure》的文章，浙江理工大学为唯一通讯单位，此论文基于该课题组多年在生物质纳米纤维素提取领域的探索和积累（ACS Appl. Mater. Interfaces 2018, 10, 24, 20755–20766；ACS Appl. Mater. Interfaces 2019, 11, 27, 24435–24446），报道了一种创新性的在低温和常压下从各种生物质中直接提取本征导电纤维素纳米纤维（CNFene）的突破性成果，仅需90℃即可将纤维素纳米纤维（CNF）外层限定范围内的分子链转化为高度石墨化的碳外壳（图1），副产物是可自下而上的组装出大面积的扭转石墨烯膜。
这个首次发现有两个标志性成果，一是创新的限域脱水碳化化学策略—Confined DC，这个新的限域转化策略比传统的马弗炉、管式炉碳化要节能86%以上；二是全新的纤维素导电结构—CNFene，使纳米纤维素被提取出来的同时具有了高导电性。这也是近5年来JACS上刊出的唯一关于纳米纤维素的研究论文，对此领域而言来之不易。
纤维素是一种丰富的天然生物聚合物，可以从植物和细菌中提取，是一种重要的可再生材料，它具有柔韧性、亲水性、可降解性、丰富的表面化学成分。然而，纤维素在能源、电子、太阳能电池和催化等领域遇到了挑战，因为它本质上是不导电的。使纤维素导电是研究人员热衷的领域，第一个最直接的方法是将纤维素碳化为碳材料，其不友好的地方在于，现有的方法不能满足安全和碳中和的要求。另一类使纤维素材料导电的方法是通过静电吸附、共价复合和交联等方式与导电材料复合。这类方法避免了碳化过程，但其复合结构的连续性不能完全保证，相分离也不能避免。关于 "导电纤维素"的研究论文数量每年都在迅速增加，从2011年的每年几百篇到2020年的每年八千多篇，但它们使用的方法基本上都是上述的类型。提出一种能够控制能源成本的安全和环保的化学反应策略是迫切需要的。
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【中国科学家实现迄今最快实时量子随机数发生器】据中国科学技术大学网站7月2日消息，近日，中国科大教授潘建伟、张军等联合浙江大学储涛教授研究组，通过研制硅基光子集成芯片和优化实时后处理，实现了速率达18.8 Gbps迄今最快的实时量子随机数发生器，相关研究成果以“封面论文”的形式发表于《应用物理快报》[Appl.Phys. Lett. 118, 264001 (2021)]。
随机数是一种重要的基础资源，在信息安全、密码学、科学仿真、博彩业等众多领域以及日常生产生活中都有着广泛的应用需求。与伪随机数发生器和其他物理随机数发生器不同，量子随机数发生器是基于量子物理原理产生真随机数的系统，具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征，是量子通信系统中的关键核心器件。长期以来，潘建伟、张军等在实用化量子随机数发生器方向开展了系统性研究并取得了重要成果。例如，2014年首次提出基于外部时钟参考的单光子到达时间测量方案，实现速率达100Mbps的量子随机数发生器；2015年实现了基于激光相位波动的高速量子随机数产生方案；2016年研制了实时速率达3.2Gbps的量子随机数发生器。
对于实用化量子随机数发生器，实时生成速率和集成度是核心指标。然而，上述量子随机数产生方案难以实现高度集成。为此，潘建伟、张军等进一步发展了基于真空态涨落的高速量子随机数产生方案并完成相关实验验证，同时与浙江大学储涛等合作，针对该方案通过多次迭代制备了相应的硅光芯片，并采用混合集成技术将硅光芯片、InGaAs平衡探测器以及跨阻放大器（TIA）封装在尺寸为15.6mm×18mm的芯片内。与此同时，通过进一步优化FPGA实时后处理算法和硬件实现，从而在实现高集成度的同时大大提升了量子随机数发生器的实时生成速率。经传输测试，该量子随机数发生器系统的最终实时速率达到创世界纪录的18.8Gbps。上述研究成果为开发低成本商用量子随机数发生器单芯片奠定了坚实的技术基础。
该研究工作得到了科技部、中科院、自然科学基金委和安徽省等的资助，同时得到了科大国盾量子和中国电科四十四所的技术协助。
随机数是一种重要的基础资源，在信息安全、密码学、科学仿真、博彩业等众多领域以及日常生产生活中都有着广泛的应用需求。与伪随机数发生器和其他物理随机数发生器不同，量子随机数发生器是基于量子物理原理产生真随机数的系统，具有不可预测性、不可重复性和无偏性等特征，是量子通信系统中的关键核心器件。长期以来，潘建伟、张军等在实用化量子随机数发生器方向开展了系统性研究并取得了重要成果。例如，2014年首次提出基于外部时钟参考的单光子到达时间测量方案，实现速率达100Mbps的量子随机数发生器；2015年实现了基于激光相位波动的高速量子随机数产生方案；2016年研制了实时速率达3.2Gbps的量子随机数发生器。
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