日益增长的环境污染以及能源、资源危机已经严重影响了人类社会的发展,因此开发和利用资源丰富、来源广泛、环境友好、可再生、可降解的天然高分子环境友好材料对构建和谐可持续发展的社会具有重要意义。纤维素是地球上含量最为丰富的天然高分子,其特殊的晶体结构赋予其良好的力学性能。植物中纤维素分子自组装形成一个宽度约为3 nm的高结晶的纤维素微纤,纤维素微纤作为骨架与半纤维素和木质素一起形成保护植物抵抗其他生物攻击和外部压力的天然纳米复合材料,即细胞壁。纤维素微纤具有高的力学强度、硬度和热尺寸稳定性,是优良的天然生物基一维纳米材料。然而,它们之间强烈的氢键使其很难被分离。因此,通过经济有效的工艺将纤维素微纤维抽离出来制备纤维素纳米纤维,并开发高附加值的功能材料具有重要意义。TEMPO表面催化氧化水体系可以高效完全分离天然纤维素微纤,并制备水相分散、尺寸均一(~3nm)、高长度(1-2μm)、高比表面积(~800 m~2/g)、高表面羧基含量(~1.7个/nm~2)的纤维素纳米纤维。基于这种TEMPO纤维素纳米纤维,我们成功的制备出了一系列性能优异的纳米纤维素功能膜材料。首先,结合天然纤维素纳米纤维优异的增强作用(高强度、高模量、高长径比),以及再生纤维素容易大量制备成型并且韧性好的特点,通过共混复合以天然纤维素纳米纤维为增强相,再生纤维素为基底,成功制备出具有高力学强度、高韧度、高阻氧性、优异热尺寸稳定性的完全可生物降解的全纤维素纳米复合材料。并且,即便纤维素纳米纤维在复合材料中的含量只有1%,但纤维素材料的性能得到显著的提高。另外,利用纤维素纳米纤维直径小、长度大、高比表面积以及高表面羧基含量的特点,以其为模板制备了含有线性排列或均相分散的量子点的纤维素纳米纤维/量子点复合材料,此材料自然光下透明,紫外光下发光,具有很高的光活性,将在太阳能电池、人造光源、防伪识别等领域具有潜在的应用价值。