木材作为最具代表性的生物质资源之一，凭借资源储量丰富、易于改性与可再生等特点，在构筑可持续、多功能材料方面展现出显著优势。近年来，研究者基于木材的化学组成特征及其独特的多尺度结构，发展出一系列改性与功能化策略，显著拓展了木基材料的应用边界。通过精细的结构设计，原本不导电的天然木材可被加工为具备高电导率的导电木基材料。在实现导电化的同时，这类材料还可协同获得导热、光热等多重功能，从而突破传统生物炭体系应用场景相对单一的限制。

  近期，武汉大学陈朝吉教授团队联合西班牙巴斯克大学Erlantz Lizundia教授在《Matter》期刊发表题为“Electrically Conductive Wood-Based Materials Beyond Biochar: Modifications, Functions, and Environmental Impact”的综述论文（DOI：10.1016/j.matt.2025.102528）。该论文系统梳理了导电木基材料的改性与构筑策略，涵盖表面/整体碳化、表面/整体涂覆、胞腔/细胞壁填充、原位聚合及原位还原等典型路线，并进一步总结了所制备导电木基材料的功能特性、应用场景及其环境影响。文章最后，作者以前瞻性视角讨论了当前导电木基材料发展面临的关键挑战与潜在解决方案，明确提出未来研究应在下一代导电木基材料的设计上持续投入，推动高性能导电木基材料的可持续制备与应用（图1）。

图1 导电木基材料的“制备–应用–降解”循环经济

  文章系统总结了基于木材化学组成特征与独特多级结构的导电木基材料构筑策略，并将其归纳为两大类（图2）：自导电（self-conducting）与辅助导电（assisted-conducting）。其中，自导电策略主要依赖碳化过程，将天然木材直接转化为具备导电性的木基材料；根据碳化路径与结构设计差异，可进一步细分为表面碳化（沿纤维方向平行或垂直取向）与整体碳化。相较之下，辅助导电策略通过引入外源导电组分赋予木基材料导电性，通常采用涂覆、填充、原位聚合与原位还原等方法，在木材微结构中构建高性能导电网络（如碳纳米管、导电高分子等），从而实现连续的导电通路。得益于上述策略，木基材料不仅能够实现优异的电学导通，还可协同获得导热性、光热转换等多重功能，使导电木基材料的应用边界从传统导电材料的单一场景拓展至更广阔的功能化体系（图3）。

图2 基于木材化学组成和独特多级结构的导电木基材料加工策略

图3 导电木基材料的导电性、导热性、光热效应和机械性能

  基于导电木基材料的多功能特性，作者进一步系统总结并讨论了其在多个关键领域的应用潜力：包括电化学储能（如超级电容器、离子电池、空气电池与液流电池）、环境修复（如电催化污染物降解、太阳能蒸发器以及污染物吸附/过滤）、电磁屏蔽、传感器（如应变、压力与温度传感）以及热管理材料（如导热材料与相变储热材料）等。

图4 导电木基材料材料的环境影响及生态循环

  此外，文章从全生命周期视角全面分析了导电木基材料的环境影响与生态循环，主要涵盖五个方面（图4）：①制备过程中的资源与能源消耗；②生命周期末端处置与循环经济；③加工过程的碳足迹；④性能、稳定性与可持续性之间的权衡；⑤提升可持续性的策略。作者指出，通过进一步优化导电木基材料在制备、服役与回收环节的可持续性表现，下一代导电木基材料有望处于“可持续且功能性能具竞争力”的研究前沿。在这一转型过程中，化石基材料将逐步被生物基材料替代，并为实现相关可持续发展目标提供支撑。

  文章最后，作者以前瞻性视角系统讨论了导电木基材料当前面临的关键挑战与未来机遇（图5）。首先是规模化制造问题。树木的天然特征（如有限的直径与高度）从源头上限制了自上而下（top-down）路线所能获得的木基基底尺寸；同时，木材高度各向异性的纤维结构进一步增加了导电填料在体相内渗透与均匀分布的难度，使大尺寸导电木基材料的制备更具挑战。第二点是工业化前景。除尺寸约束外，产业化还要求产品质量稳定且可复制。然而，木材的天然非均一性会在相同工艺条件下不可避免地引入批次差异。即便在同一树种内，纤维素、半纤维素和木质素含量也会随生长阶段、生长环境及组织类型发生变化，进而影响制造效率与最终性能。因此，尽管导电木基材料兼具优异性能与广阔应用前景，其产业化仍需系统应对原异质性与制备策略带来的多重挑战。第三点是分子设计方面。现有策略主要在微米与纳米尺度对导电木基材料进行结构调控，而对更小尺度（如分子尺度）的精确工程仍明显欠缺，导致材料常出现“设计策略–实际性能”不匹配、制备效率偏低及结构精度受限等问题。为突破上述瓶颈，未来研究应进一步聚焦分子设计这一实现精确结构控制的关键路径，并结合先进表征技术、动态理论模型以及遗传与生物技术等手段，实现从结构演化机理到性能调控的可预测设计。最后一点是生物安全和可持续性。作者强调，应在全生命周期尺度上系统评估并优化导电木基材料的生物安全与环境可持续性。理想材料不仅要具备高电学性能，还需在服役条件下保持长期稳定，并在全生命周期内实现环境“可负担”。鉴于当前制备往往依赖多种工艺与导电添加剂的结合，未来应优先采用绿色、可回收化学品，避免有毒物质释放造成环境污染与生态风险。同时，推动导电木基材料在“制备–应用–回收–再利用”闭环中的可持续发展，是其走向规模化与产业化未来的必要条件。

图5导电木基材料的总结与展望：当前挑战与未来机遇

  作为一篇全面且前沿的综述论文，本文系统梳理并深入讨论了导电木基材料的发展脉络、设计原理、功能与应用以及环境影响等关键内容，为绿色、可持续导电木基材料的进一步发展提供了富有深度的分析与思考。随着规模化制备、均一性控制、分子尺度精确设计及全生命周期可持续性等关键问题逐步被突破，下一代导电木基材料有望进一步替代传统、不可再生的导电材料，并为可持续材料的开发与利用提供重要支撑。

  原文链接：https://www.cell.com/matter/abstract/S2590-2385(25)00571-5

通讯作者介绍：

  陈朝吉，武汉大学资源与环境科学学院教授、博士生导师。2015年博士毕业于华中科技大学，2015-2021年分别于华中科技大学与马里兰大学帕克分校从事博士后研究，并于2021年5月入职武汉大学资环学院组建X-Biomass课题组。从事生物质材料（木材、竹材、纤维素、甲壳素等）的多尺度结构设计、功能化及高值利用方面的研究，致力于以天然材料解决可持续发展面临的材料-环境-能源挑战。以第一/通讯作者（含同等贡献）在Nature/Science (3篇)及其子刊(15篇)等学术期刊发表SCI论文100余篇，总引用41,000余次，H因子108。获科睿唯安“全球高被引科学家”（2021-2025连续5年入选材料科学领域）、麻省理工科技评论亚太区“35岁以下科技创新35人”、“美国化学会金发青年学者奖”、“中国化学会纤维素专业委员会青年学者奖”、“Advanced Science青年科学家创新奖”、“国际材料联合会前沿材料青年科学家奖”、阿里巴巴达摩院“青橙优秀入围奖”、“中国新锐科技人物卓越影响奖”、“R&D 100 Awards”等荣誉。担任The Innovation Materials学术编辑，The Innovation、Research、SusMat、npj Soft Matter、Green Carbon等杂志编委/青年编委，以及中国化学会纤维素专业委员会委员。

  课题组网站：https://biomass.whu.edu.cn/index.htm

  Erlantz Lizundia，2011年在西班牙巴斯克大学（University of the Basque Country），获得先进材料工程博士学位，并获杰出博士论文奖。2016年和2018年分别加入加拿大英属哥伦比亚大学（University of British Columbia）Mark MacLachlan教授课题和瑞士苏黎世联邦理工学院（ETH Zürich）材料系Markus Niederberger教授课题组开展研究，并于2021入职西班牙巴斯克大学毕尔巴鄂工程学院，为“生命周期思维研究组（Life Cycle Thinking Research Group）”负责人。他的研究致力于基于可再生材料（主要包括纳米纤维素、纳米几丁质与木材）开发环境友好、可持续的材料与技术，并在利用天然来源材料构建电池、水环境修复、包装、传感器与致动器等方向取得了重要进展。在Nature Reviews Materials、Science Advances、Nature Communications、Chemical Reviews、Advanced Materials、Materials Today、The Innovation、Advanced Functional Materials、Small等著名学术期刊上发表SCI论文100余篇，总引用8,000余次，H因子55。

  徐超，武汉大学资源与环境科学学院博士后/助理研究员，合作导师陈朝吉教授。2023年7月博士毕业于华中农业大学，2022.05-2023.05赴丹麦哥本哈根大学进行联合培养，2023年7月至今在武汉大学从事博士后研究。博士后研究期间主要从事表面功能化木基复合材料对水环境中新兴污染物的强化富集与低碳高值转化集成体系相关研究，攻读博士学位期间主要从事木质纤维素对秸秆基质综合性能的预处理调控机制及化学计量学分析相关研究。当前累计发表高水平学术论文30余篇，其中以第一/通讯作者（含同等贡献）在Nature Communications、Matter、Bioresource Technology等国内外知名期刊发表论文13篇，授权发明专利一项。

  陈露，武汉大学资源与环境科学学院博士后/助理研究员，合作导师陈朝吉教授。2020年博士毕业于南开大学，2025年2月至今在武汉大学从事博士后研究。主要从事生物质资源利用与环境水处理应用研究。入选2025年度中国博士后创新人才支持计划，以第一/通讯作者（含同等贡献）在Nature Reviews Materials、Nature Communications、The Innovation、Matter、Progress in Materials Science、ACS Nano等学术期刊上发表SCI论文9篇，论文总引1,300余次，H因子18。