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  溫室氣體排放引起的氣候變化對人類社會的可持續性發展構成了越來越大的威脅。全球二氧化碳排放總量每年約為 360 億噸，主要來自化石燃料的燃燒。與1901年至1960 年期間相比，1986 年至 2016 年期間全球年平均氣溫上升了 0.7 攝氏度以上。此外，石油等化石燃料是不可再生的，需要數億年的時間才能形成，開發和使用碳足跡低甚至為負的可再生材料，是應對可持續發展挑戰、構建綠色未來的重要舉措。2020 年，整個建筑行業，包括建筑材料和運行管理，排放了約 119 億噸的二氧化碳，占全球二氧化碳總排放量的37%，是排放占比最大的門類。設計節能環保的綠色建筑，一方面依賴于新型固碳材料的開發，另一方面依賴于實現建筑材料的多功能化，以同時滿足建筑應用多方面的需求。

  地球上有約3萬億棵樹（相當于每人約400棵），森林覆蓋了地球上30％以上的土地，并提供了可再生和可持續的資源。木材已經被人類社會在一些領域使用了數千年，包括建筑、家具、工具以及用作燃料。2001 年至 2019 年，全球森林每年從大氣中吸收約 156 億噸二氧化碳。政府間氣候變化專門委員會 (IPCC) 報告和《巴黎協定》都強調了促進森林保護和增加森林碳儲量以實現人為凈零排放的重要性。作為一種來源豐富的可再生材料，木材在人類社會的可持續發展中扮演不可或缺的角色，特別是在廣泛的產品和應用中替代不可再生的石油基材料。多種因素推動了木材的廣泛使用，包括減少碳排放，緩解能源和水安全的危機，以及對可持續工業增長的渴望。由于來源豐富，木材可以很好地滿足社會對低成本和高性能復合材料的需求，并且對環境的影響非常小。

圖1.新型建筑應用木材基功能材料的設計及對環境的影響

圖2.木材的化學改性方法

  鑒于在木材基功能材料領域的一系列開創性工作，近日，馬里蘭大學胡良兵教授（通訊作者）、李騰教授和胡明教授，瑞士蘇黎世聯邦理工學院IngoBurgert教授，威斯康星大學潘學軍教授，耶魯大學姚元教授，USDA J.Y. Zhu博士等國際木材科學領域的專家共同合作在Chemical Reviews上撰寫了題目為“Emerging Engineered Wood for Building Applications”的綜述論文。這篇綜述深入探討了建筑用改性木材的最新進展，除了作為結構材料，也涵蓋了建筑性能的更多方面的應用。文章首先從理論計算的角度提供木材基功能材料的多尺度設計原則，系統性概述了木材的結構和組成以及改性策略。然后探索了木材的固有屬性，這些屬性源自其分層的多孔、各向異性的結構和木質纖維素成分。文章進一步討論了木材結構設計、改性和功能化應用方面的原則和近年來該領域取得的進展，重點討論了通過各種結構成分改性賦予木材的機械、熱學、光學和能源等方面優異的性能，此外，文章也從生命周期評估（LCA）和技術經濟分析（TEA）的角度詳述了木材制品從取得原材料，經生產、使用直至廢棄的整個過程對環境所產生影響的和成本，以指導綠色建筑材料的設計，最終實現未來建筑的節能減排和技術固碳，緩解氣候變化產生的重大影響。最后，該綜述概述了該研究領域當前面臨的挑戰和對未來方向的展望：

  (1) 許多木制品的制造過程中會產生化學廢液。如何優化脫木素/改性工藝并在不影響性能的情況下實現無廢料的閉環制造仍然是一個巨大的挑戰。

  (2) 化學試劑在木材塊體結構中的不均勻滲透、擴散可能會阻礙工程木制品的大規模制造。此外，考慮到木材中存在結節和其他缺陷，新型木制品放大生產和性能的均一性以滿足行業需求仍面臨一系列挑戰。

  (4) 傳統木制品中常用的粘合劑，如甲醛樹脂，在產品制造或使用期間會釋放揮發性氣體，甚至致癌物質。在不犧牲產品的可回收性、可重復使用性和功能性的情況下，需要開發綠色、耐用、安全、健康的粘合劑。

  (5) 工程木制品的生物降解性也是其長期服役一個障礙，導致木制品在直接暴露于空氣中會過快降解。接下來需要更多的研究，以實現產品服役期間的耐用性和退役后的生物降解性之間的平衡。

  (6) 應根據適用的建筑規范或性能標準對木制品的抗真菌、抗白蟻、防火和防潮性能進行系統評估。

  (7) 需要開發準確、無損和低成本的方法用來全面監測工程木材的性能隨服役期的變化。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/abs/10.1021/acs.chemrev.2c00450