journal article·2021-07

TEMPO‐Oxidized Cellulose Nanofibers: A Renewable Nanomaterial for Environmental and Energy Applications

Shasha Liu, Ze‐Xian Low, Zongli Xie, Huanting Wang

Advanced Materials Technologies· Volume 6· Issue 7
Publisher page

Abstract

Abstract TEMPO (2,2,6,6‐tetramethylpiperidine‐1‐oxyl radical)‐mediated oxidized cellulose nanofibers (TOCNFs), which are derived from abundantly available wood biomass, possess uniform and ultrafine diameters of 3–10 nm and high aspect ratios, and are functionalized with carboxyl groups. The fabrication process of TOCNFs is more environmentally friendly than that of other types of cellulose, such as microfibrillated cellulose (MFC) and cellulose nanocrystals (CNCs), and TOCNFs possess a more uniform and ultrafine diameter. In recent years, TOCNF‐based adsorbents, nanocomposites, and membranes have been studied extensively in various fields, such as environmental remediation, energy, and smart materials. This review summarizes the recent advances in the applications of TOCNFs in the abovementioned fields. In particular, the preparation, adsorption ability, and removal efficiency of TOCNF‐based absorbents, separation performance of various kinds of TOCNF‐based membranes, wide applications of TOCNFs in energy storage and conversion, and TOCNF‐based smart materials are discussed. The beneficial role of TOCNFs in the abovementioned applications is highlighted, including their low environmental impact, high aspect ratio, high strength, ability to be functionalized, and renewability. It is believed that this timely review will facilitate further research on the innovation and applications of TOCNFs in fields such as environmental remediation, energy, and smart materials.
Source: crossref · Quality: baseline

Research context

OpenAlex topics: Advanced Cellulose Research Studies · Electrospun Nanofibers in Biomedical Applications · Supercapacitor Materials and Fabrication

SciVX discovery tags are terminology-based. OpenAlex topics are source-provided classifications.

Affiliations

Department of Chemical Engineering Monash University Clayton Melbourne Victoria 3800 Australia

CSIRO Manufacturing Private Bag 10, Clayton South Melbourne Victoria 3169 Australia

Funding

China Scholarship Council

References (100+)

Show source-provided references
1. 10.1038/nature2100110.1038/nature21001 ↗
2. 10.1002/anie.20046058710.1002/anie.200460587 ↗
3. 10.1002/adma.20170345310.1002/adma.201703453 ↗
4. 10.1021/acs.chemrev.7b0062710.1021/acs.chemrev.7b00627 ↗
5. 10.1021/es506351r10.1021/es506351r ↗
6. 10.1016/j.memsci.2013.11.05510.1016/j.memsci.2013.11.055 ↗
7. 10.1016/j.carbpol.2016.08.01710.1016/j.carbpol.2016.08.017 ↗
8. 10.1016/B978-0-08-100982-6.00002-110.1016/B978-0-08-100982-6.00002-1 ↗
9. 10.1007/s10570-011-9501-710.1007/s10570-011-9501-7 ↗
10. 10.1007/s10570-015-0615-110.1007/s10570-015-0615-1 ↗
11. 10.1021/bm070397010.1021/bm0703970 ↗
12. 10.1039/C0NR00583E10.1039/C0NR00583E ↗
13. 10.1039/c0jm04308g10.1039/c0jm04308g ↗
14. 10.1021/bm100214b10.1021/bm100214b ↗
15. 10.1021/bm049776910.1021/bm0497769 ↗
16. 10.1021/bm060154s10.1021/bm060154s ↗
17. 10.1021/bm101331610.1021/bm1013316 ↗
18. 10.1021/mz300163h10.1021/mz300163h ↗
19. 10.1039/C3CS60204D10.1039/C3CS60204D ↗
20. 10.1002/anie.20100127310.1002/anie.201001273 ↗
21. 10.1021/sc400022510.1021/sc4000225 ↗
22. 10.1126/science.122245310.1126/science.1222453 ↗
23. 10.1007/s10924-014-0694-310.1007/s10924-014-0694-3 ↗
24. Fecht H. J. · 2014 · 143
25. 10.1016/j.carbpol.2011.11.08010.1016/j.carbpol.2011.11.080 ↗
26. Mohammed N. · J. Polym. Environ. · 2018 · 5 · 623
27. 10.3390/nano703005710.3390/nano7030057 ↗
28. 10.1016/S0304-386X(00)00160-210.1016/S0304-386X(00)00160-2 ↗
29. 10.1016/S0304-3894(02)00263-710.1016/S0304-3894(02)00263-7 ↗
30. 10.1289/ehp.090079310.1289/ehp.0900793 ↗
31. 10.1016/j.jcis.2015.11.03310.1016/j.jcis.2015.11.033 ↗
32. 10.1007/s10570-018-2106-710.1007/s10570-018-2106-7 ↗
33. 10.1016/j.polymer.2014.01.04310.1016/j.polymer.2014.01.043 ↗
34. 10.1080/1060132060094131810.1080/10601320600941318 ↗
35. 10.1016/j.jhazmat.2016.05.01810.1016/j.jhazmat.2016.05.018 ↗
36. 10.1021/acsami.7b0635810.1021/acsami.7b06358 ↗
37. 10.1021/mz200047q10.1021/mz200047q ↗
38. 10.1039/C3TA14642A10.1039/C3TA14642A ↗
39. 10.1002/cplu.20150014510.1002/cplu.201500145 ↗
40. 10.1021/bm900697910.1021/bm9006979 ↗
41. 10.1007/s10570-014-0310-710.1007/s10570-014-0310-7 ↗
42. Zhang Y. · Chin. Sci. Bull. · 2008 · 53 · 136510.1007/s11434-008-0188-6 ↗
43. 10.1016/j.seppur.2005.12.01410.1016/j.seppur.2005.12.014 ↗
44. 10.1021/es010298910.1021/es0102989 ↗
45. 10.1016/S0008-6223(03)00392-010.1016/S0008-6223(03)00392-0 ↗
46. 10.1016/j.chemosphere.2003.11.01610.1016/j.chemosphere.2003.11.016 ↗
47. 10.1016/j.cej.2007.08.01310.1016/j.cej.2007.08.013 ↗
48. 10.1039/C6RA25707K10.1039/C6RA25707K ↗
49. 10.1016/j.jhazmat.2013.05.02410.1016/j.jhazmat.2013.05.024 ↗
50. Hu B. · J. Hazard. Mater. · 2012 · 217 · 85
51. 10.1016/j.jhazmat.2011.07.11110.1016/j.jhazmat.2011.07.111 ↗
52. 10.3390/su1105140610.3390/su11051406 ↗
53. 10.1016/j.carbpol.2005.04.00910.1016/j.carbpol.2005.04.009 ↗
54. 10.1016/S0143-7208(00)00058-910.1016/S0143-7208(00)00058-9 ↗
55. 10.1007/s10570-014-0168-810.1007/s10570-014-0168-8 ↗
56. 10.1002/cssc.20130095010.1002/cssc.201300950 ↗
57. 10.1155/2018/596398210.1155/2018/5963982 ↗
58. 10.1016/j.ccr.2019.21304610.1016/j.ccr.2019.213046 ↗
59. 10.1016/j.progpolymsci.2017.10.00310.1016/j.progpolymsci.2017.10.003 ↗
60. 10.1038/natrevmats.2016.1810.1038/natrevmats.2016.18 ↗
61. 10.1016/j.seppur.2015.11.02910.1016/j.seppur.2015.11.029 ↗
62. 10.1080/15422119.2015.106880610.1080/15422119.2015.1068806 ↗
63. 10.1016/j.desal.2015.03.04010.1016/j.desal.2015.03.040 ↗
64. 10.1021/nn101390x10.1021/nn101390x ↗
65. 10.1021/es048729l10.1021/es048729l ↗
66. 10.1016/j.cca.2010.08.01610.1016/j.cca.2010.08.016 ↗
67. 10.1016/j.lwt.2009.09.01310.1016/j.lwt.2009.09.013 ↗
68. 10.1007/s10570-017-1510-810.1007/s10570-017-1510-8 ↗
69. 10.1021/acssuschemeng.6b0295210.1021/acssuschemeng.6b02952 ↗
70. 10.1016/j.memsci.2013.06.02010.1016/j.memsci.2013.06.020 ↗
71. 10.1021/bm201421g10.1021/bm201421g ↗
72. 10.1039/b922536f10.1039/b922536f ↗
73. 10.1016/j.polymer.2013.10.04910.1016/j.polymer.2013.10.049 ↗
74. 10.1016/j.progpolymsci.2018.06.00410.1016/j.progpolymsci.2018.06.004 ↗
75. 10.1038/natrevmats.2018.1610.1038/natrevmats.2018.16 ↗
76. 10.1002/adma.20040059710.1002/adma.200400597 ↗
77. 10.1007/s10570-010-9405-y10.1007/s10570-010-9405-y ↗
78. 10.1016/j.memsci.2007.11.04010.1016/j.memsci.2007.11.040 ↗
79. 10.1002/978111835968610.1002/9781118359686 ↗
80. 10.1007/s10570-018-2121-810.1007/s10570-018-2121-8 ↗
81. 10.1016/j.reactfunctpolym.2014.09.01410.1016/j.reactfunctpolym.2014.09.014 ↗
82. 10.1016/j.desal.2013.11.00510.1016/j.desal.2013.11.005 ↗
83. 10.1021/acsnano.7b0423510.1021/acsnano.7b04235 ↗
84. 10.1002/adfm.20170304810.1002/adfm.201703048 ↗
85. 10.1021/bm801065u10.1021/bm801065u ↗
86. 10.1016/j.carbpol.2005.05.01410.1016/j.carbpol.2005.05.014 ↗
87. 10.1016/j.carbpol.2012.06.04610.1016/j.carbpol.2012.06.046 ↗
88. 10.1016/j.desal.2013.01.03110.1016/j.desal.2013.01.031 ↗
89. 10.1038/ncomms202710.1038/ncomms2027 ↗
90. 10.1002/adma.20110261610.1002/adma.201102616 ↗
91. 10.1039/C4CC04817B10.1039/C4CC04817B ↗
92. 10.1016/j.seppur.2019.05.00510.1016/j.seppur.2019.05.005 ↗
93. 10.1016/j.jhazmat.2019.03.00910.1016/j.jhazmat.2019.03.009 ↗
94. 10.1038/s41598-016-0001-810.1038/s41598-016-0001-8 ↗
95. 10.1126/science.120048810.1126/science.1200488 ↗
96. 10.1016/j.desal.2008.04.00310.1016/j.desal.2008.04.003 ↗
97. 10.1016/j.memsci.2019.11736310.1016/j.memsci.2019.117363 ↗
98. 10.1016/j.memsci.2014.06.04910.1016/j.memsci.2014.06.049 ↗
99. 10.1016/j.desal.2017.06.02910.1016/j.desal.2017.06.029 ↗
100. 10.1039/C4CC00467A10.1039/C4CC00467A ↗