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面对能源危机与环境污染这两大难题,发展生物基材料以逐步替代石油基材料具有一定的现实意义。生物基材料以其可再生、可降解、储量丰富等优点受到人们的关注,其中纤维素更是生物基材料中的研究热点。纤维素是一种半结晶性聚合物,分子链与链之间有氢键网络作用,这使得纤维素难于溶解且不能熔融加工,为此人们不断探索能有效溶解纤维素的溶剂系统,并对其改性以制备能满足实际生产应用的纤维素衍生物。迄今为止已有许多溶剂可有效溶解纤维素,常见的例如N,N-二甲基乙酰胺/氯化锂（DMAc/Li Cl）、离子液体、尿素/Na OH水溶液等,近几年出现的二甲基亚砜（DMSO）/超强有机碱/CO2可逆溶解体系,以其条件温和、高效、后处理简易等优点成为研究热门,在溶解过程中,纤维素中的羟基与超强有机碱、CO2结合生成不稳定中间体,纤维素分子间的氢键网络被破坏,从而被溶解。本文通过1,8-二氮杂二环十一碳-7-烯（DBU）/DMSO/CO2溶解体系合成一系列不同取代度的纤维素碳酸酯,通过控制反应条件和试剂的结构,可实现纤维素碳酸酯取代度与结构的可控性。在纤维素的溶解及衍生化过程中,DBU不仅参与溶解纤维素,在后续的亲核取代反应过程中还起到催化剂的作用;CO2参与溶解纤维素的同时,在后续的衍生化中还参与反应从而在纤维素中引入碳酸酯键。利用温室气体CO2在纤维素中引入碳酸酯键,该衍生策略为新型纤维素材料构建提供技术与理论指导,具体研究内容如下所示。1.基于DBU/DMSO/CO2溶剂系统,在均相条件下衍生化纤维素,本文研究了溴乙酸甲酯、溴乙酸乙酯、溴乙酸叔丁酯、溴乙酸苄酯四种试剂与纤维素反应合成取代度为0.13-0.42的纤维素羧酸碳酸酯,系统研究了反应条件对纤维素羧酸碳酸酯取代度的影响,且可通过调控溴乙酸酯的结构,得到不同结构的纤维素羧酸碳酸酯。对纤维素羧酸碳酸酯的结构和性能进行了表征,其分解温度均高于200℃,溶液浇筑法制备的纤维素羧酸碳酸酯膜具有良好的力学性能,其拉伸强度最高可达72.99 MPa。2.以4-溴丁酰氯与N-羟乙基-3,3-二甲基-6-硝基吲哚啉螺吡喃反应,在螺吡喃染料中引入溴丁酸酯结构,并将螺吡喃环引入纤维素结构中,制备的螺吡喃纤维素羧酸碳酸酯具有光致变色性能,该研究验证了纤维素碳酸酯功能材料构建的可行性。该反应体系为纤维素的衍生化利用提供了新策略,通过分子设计,将目标基团引入纤维素结构中以制备纤维素碳酸酯,纤维素碳酸酯材料的结构是可控的,同时还将CO2引入纤维素中形成碳酸酯键,这为纤维素基材料的高值化利用提供了新的思路。3.在DBU/DMSO/CO2溶剂系统中,以溴丁腈为试剂,对纤维素进行衍生化,通过调控反应条件,可制备取代度范围为0.30-1.88的氰基纤维素碳酸酯,通过红外、核磁、DSC、TGA等表征手段对氰基纤维素碳酸酯进行了结构和性能的表征,溶液浇筑法制备的亲水性氰基纤维素碳酸酯薄膜,在室温下具有高介电常数,可作为介电材料应用于电子器件领域。基于氰基的特殊性质,氰基纤维素碳酸酯可作为平台化合物,对其进行化学修饰可构造特殊功能性的纤维素衍生物。通过羟胺还原氰基纤维素碳酸酯制备了具有偕胺肟结构的纤维素衍生物,该衍生物可作为吸附材料。该研究为设计纤维素碳酸酯功能材料提供了新的策略,对于拓展纤维素基材料种类有重要的意义。