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纤维素是自然界含量最丰富的可再生资源,也是未来最主要的化工原料之一。NaOH/尿素水溶液是一种新型的“绿色”纤维素溶剂,基于此溶剂体系的纤维素溶液可以直接用来合成衍生物和制备功能材料。本文研究了NaOH/尿素/水溶剂体系中的尿素和纤维素之间的相互作用,并利用定量交叉极化核磁共振方法对基于此溶剂体系的纤维素衍生物的结构进行了定量研究。此外,制备了荧光性纤维素水凝胶“软材料”以及聚硅氧烷“硬材料”。本文主要取得了以下几个方面的研究成果：1.纤维素在NaOH/尿素/水溶剂体系中的溶解机理目前仍然存有争议,建立此溶剂体系中的相互作用模型对纤维素的溶解机理研究有重要意义。通过运用固体核磁共振实验和扩展休克尔(extended Huckel)电荷理论相结合的方法对纤维素和溶剂成分之间的相互作用机制进行了研究。结果表明,在基于NaOH/尿素/水溶剂体系的纤维素溶液中尿素、NaOH和纤维素三者共同作用形成了较为复杂的复合物。在NaOH水溶液中加入适量的尿素可以提高纤维素的溶解性,但是并非越多越好,过量的尿素将以游离态形式存在,从某种程度上解释了为什么7wt%NaOH/12wt%尿素/81wt%水是该溶剂体系的优化配比。此外,建立了NaOH/录素/纤维素体系的可能相互作用模型,尿素和NaOH分子沿着纤维素链排布并且两者处于纤维素链的同一外层。2.利用固体高分辨核磁共振技术对纤维素及其衍生物的结构进行了定量研究。利用定量交叉极化核磁共振(QCP NMR)研究了纤维素原料、再生纤维素以及化学交联纤维素在聚集态结构上的差别。结果表明,纤维素原料具有较高的结晶度,再生过程在一定程度上降低了纤维素的结晶度,而化学交联纤维素为无定型的空间网络结构。在这一特殊体系中我们发现结晶区和无定型区信号的CP增强因子基本相同,因此,对于这一体系当CP接触时间较短时可近似用普通CP来计算纤维素体系的结晶度。在对化学交联纤维素水凝胶的研究中我们发现,在NaOH尿素/水复合溶剂中纤维素和交联剂ECH的反应多数发生在C6-OH位点,通过对13C CP/MAS NMR谱图分峰拟合发现了交联部分的信号,定量交叉极化核磁共振(QCP NMR)可用于检测化学交联纤维素的交联密度。此外,同样利用固体高分辨核磁共振技术对纤维素衍生物PCL/NCG的结构进行了研究,计算了两个PCL/NCG样品的接枝率。利用QCP NMR方法定量表征纤维素衍生物的结构尚属首次使用,该定量方法在纤维素体系中有很好的适用性。3.选取苝酐和1,8-萘酰亚胺衍生物两种具有代表性的有机荧光物质,基于NaOH尿素/水溶剂体系成功制备了荧光性纤维素水凝胶,研究了这种材料的物理光学性质,并对影响材料荧光性质的因素进行了分析,比如浓度效应、取代基效应以及荧光小分子在材料中的聚集形态等。研究发现,随着荧光分子浓度的增大,材料的荧光强度先增大后减小,且最大荧光强度对应的浓度和荧光分子的种类以及取代基有关。研究还发现,这种材料的浓度淬灭效应主要由自吸收现象或是形成二聚体和多聚体等因素导致。4.通过溶胶-凝胶法制备了几种1,8-萘酰亚胺衍生物掺杂聚硅氧烷的荧光固体材料。部分材料的荧光强度远远超过小分子原料的荧光性。在这类薄膜材料中,化学交联和聚硅氧烷的缩聚程度是影响荧光强度的重要因素。一方面,接有羟基的萘酰亚胺分子可以和硅氧烷发生共水解和共缩聚,减小了和其它分子的碰撞几率,也限制了荧光分子间的聚集。另一方面,在缩聚程度较高的聚硅氧烷网络中,荧光分子的振动、转动和移动的自由度也更低,这些原因都导致了聚硅氧烷材料荧光性的增强。此外,荧光分子在聚硅氧烷材料中的荧光强度受到浓度效应的影响。当掺杂浓度增大到一定程度后,自吸收现象加剧从而导致材料的荧光强度急剧降低。