Abstrakti
The materials characteristics of natural wood but also the properties of artificial cellulose/hemicellulose-based wood-inspired composite materials result from the molecular level organization and interactions between cellulose, hemicellulose, and lignin. Here, we use atomistic detail molecular dynamics simulations to examine the adsorption of model lignin-carbohydrate complexes (LCCs) consisting of a glucomannan polysaccharide chain with differing lignin fragment linkages to the crystalline facets of cellulose nanocrystals. The findings show that on crystalline cellulose surfaces exceeding in surface dimensions the length of the adsorbed hemicellulose chain, the LCCs can adopt orientations both parallel and perpendicular to the surface chains with response depending on the crystalline facet. The observation of perpendicular orientations is unexpected, as previous molecular level modelling studies systematically report parallel LCC adsorption orientation, however on cellulose interfaces modelling the narrow natural wood cellulose fibrils. Here, the perpendicular adsorption orientation is stabilized by extensive hydrogen bonding and adsorption of the hemicellulose chain with negligible chain bending. Overall, the results show that component dimensions (hemicellulose chain length vs cellulose crystalline surface dimensions) combined with understanding the differences of adsorption response at the difference crystal facets are crucial in understanding wood-inspired materials.
| Alkuperäiskieli | Englanti |
|---|---|
| Artikkeli | 107549 |
| Sivut | 983–997 |
| Sivumäärä | 15 |
| Julkaisu | Cellulose |
| Vuosikerta | 32 |
| Numero | 2 |
| Varhainen verkossa julkaisun päivämäärä | 22 jouluk. 2024 |
| DOI - pysyväislinkit | |
| Tila | Julkaistu - tammik. 2025 |
| OKM-julkaisutyyppi | A1 Alkuperäisartikkeli tieteellisessä aikakauslehdessä |
Rahoitus
This work was a part of the Academy of Finland’s Flagship Programme under Projects No. 318890 and 318891 (Competence Center for Materials Bioeconomy, FinnCERES). The work was also supported by the Academy of Finland through its Centres of Excellence Programme (2022-2029, LIBER) under project nos. 346111 and 364205 (M.S.), Academy of Finland via project no. 359180 (M.S.) and Kaute Foundation (Z.K.). Computational resources by CSC IT Centre for Finland and RAMI – RawMatters Finland Infrastructure are also gratefully acknowledged. The authors are grateful to late Prof. Mikhail Balakshin for sharing his expertise on lignin, for suggesting the examined compounds, and useful discussions on the early related work. Open Access funding provided by Aalto University. This work was a part of the Academy of Finland’s Flagship Programme under Projects No. 318890 and 318891 (Competence Center for Materials Bioeconomy, FinnCERES). The work was also supported by the Academy of Finland through its Centres of Excellence Programme (2022-2029, LIBER) under project nos. 346111 and 364205 (M.S.), Academy of Finland via project no. 359180 (M.S.) and Kaute Foundation (Z.K.).
YK:n kestävän kehityksen tavoitteet
Tämä tuotos edistää seuraavia kestävän kehityksen tavoitteita:
-
SDG 7 – Edullinen ja puhdas energia
-
SDG 12 – Vastuullinen kulutus ja tuotanto
Sormenjälki
Sukella tutkimusaiheisiin 'Component size dependent lignin-carbohydrate complex adsorption at crystalline cellulose surfaces'. Ne muodostavat yhdessä ainutlaatuisen sormenjäljen.Tietoaineistot
-
2025_Kou_Cellulose
Sammalkorpi, M. (Creator), Vuorte, M. (Creator), Tolmachev, D. (Creator) & Kou, Z. (Creator), Fairdata , 16 jouluk. 2024
DOI - pysyväislinkki: 10.23729/c1d77f28-a1d1-4b17-be32-7d69bbc22d74, https://etsin.fairdata.fi/dataset/b2dbe15b-5baf-47b9-892c-d9129c28ece4
Tietoaineisto: Dataset
-
-: LIBER Sammalkorpi II
Sammalkorpi, M. (Vastuullinen johtaja), Kuokka, I.-L. (Projektin jäsen), Holl, M. (Projektin jäsen), Hasheminejad, K. (Projektin jäsen), Priante, F. (Projektin jäsen) & Zheng, Y. (Projektin jäsen)
01/01/2024 → 31/12/2026
Projekti: RCF Academy Project
-
WATRAN: Water-driven transitions in coacervates
Sammalkorpi, M. (Vastuullinen johtaja), Rantala, E. (Projektin jäsen), Glova, A. (Projektin jäsen), Debais, G. (Projektin jäsen) & Kou, Z. (Projektin jäsen)
01/01/2024 → 31/12/2026
Projekti: RCF Academy Project targeted call
-
-: LIBER Sammalkorpi
Sammalkorpi, M. (Vastuullinen johtaja), Morais Jaques, Y. (Projektin jäsen), Lokka, A. (Projektin jäsen), Holl, M. (Projektin jäsen), Niemistö, M. (Projektin jäsen), Kastinen, T. (Projektin jäsen), Hasheminejad, K. (Projektin jäsen), Scacchi, A. (Projektin jäsen) & Harmat, A. (Projektin jäsen)
01/01/2022 → 31/12/2024
Projekti: RCF Academy Project
Laitteet
-
Raaka-aineiden tutkimusinfrastruktuuri
Karppinen, M. (Manager)
Kemian tekniikan korkeakouluLaitteistot/tilat: Facility
Siteeraa tätä
- APA
- Author
- BIBTEX
- Harvard
- Standard
- RIS
- Vancouver