近日，学院交通工程专业2022级本科生朱恒康在胡明君副教授的指导下，以第一作者身份在能源与燃料领域期刊《Fuel》（JCR一区，影响因子7.5）发表学术论文“Microwave-functionalized sustainable lignin to enhance asphalt oxidation resistance: an oxygen quenching and VOCs adsorption perspective”。论文作者还包括交通工程专业2022级本科生张又天、朱原，以及2023级本科生艾日帕提江·阿不都热合曼。

研究成果介绍

沥青是现代道路建设与养护中重要的基础材料之一，其长期服役性能直接关系到路面的耐久性和使用寿命。然而，在实际服役过程中，沥青长期受到光、氧、热等环境因素的共同作用，不可避免地发生老化，进而引起路面性能衰减，缩短服役寿命。传统聚合物改性剂在提升沥青性能方面虽发挥了一定作用，但普遍存在成本较高、绿色环保性不足等局限。相比之下，木质素作为一种来源广泛、可再生的生物质资源，分子结构中富含活性酚羟基，具有良好的抗氧化潜力，为开发绿色、高效的沥青抗老化材料提供了新的思路。然而，天然木质素仍存在分子量大、空间位阻高、酚羟基暴露不足以及与沥青相容性较差等问题，制约了其抗氧化优势的充分发挥和工程应用。针对上述问题，论文作者基于量子化学模拟与多尺度实验手段，通过“机理揭示—材料设计—性能验证”的研究方法，从分子结构设计与调控角度，研发木质素基抗老化路面材料。

首先，借助量子化学模拟，从分子层面揭示了木质素通过自由基猝灭与轻组分稳定吸附协同提升沥青抗老化性能的作用机制。化学活性模拟结果表明，木质素分子中丰富的酚羟基和甲氧基可提高芳环区域电子云密度，增强其对活性氧自由基的捕获与猝灭能力，使木质素分子自由基清除活性显著高于典型沥青组分分子。因此，木质素能够优先消耗氧化过程中产生的活性自由基，并通过稳定自由基中间体阻断链式氧化反应，从而减缓沥青组分的氧化。物理吸附模拟表明，木质素多聚体与沥青轻组分之间存在明显的色散作用和静电作用，尤其对含杂原子的极性轻组分分子表现出更强的吸附能力。这使得木质素能够有效稳定沥青轻组分分子，抑制其挥发与迁移，从物理层面延缓沥青硬化与老化。在上述模拟结果基础上，作者进一步采用微波辐射技术调控木质素分子结构，优化其分子量分布，促进活性基团暴露并增强分子界面吸附能力，成功制备了微波改性木质素抗老化材料。动态剪切流变实验（DSR）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）实验结果表明，微波改性木质素抗老化材料可以延缓沥青老化中宏微观性能的衰变速率，提高沥青的抗老化能力。论文相关研究为绿色生物质抗老化材料在道路工程中的应用及耐久型道路材料的研发提供了理论依据与技术支撑。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.137855

图1研究框架图

图2 木质素单体的静电势分布 (a-c)、前线分子轨道分布 (d-f)、简缩福井函数分布 (g-i)

图3木质素-轻组分间弱相互作用 (a-h)；沥青质-轻组分间弱相互作用 (i-l)

图4抗老化性能测试结果

动态剪切流变实验结果 (a-e)，傅里叶红外光谱实验结果 (f-g)