在环境与能源问题日趋严重的今天,可持续发展成了维护人类社会发展的重要战略。纤维素是自然界中分布最为广泛的、储量最大的天然可再生资源,具有环境友好、生物相容性、易于改性等优点,被认为未来能源、化工领域的主要原料。但是,由于纤维素分子间与分子内存在大量的氢键,难以实现熔融加工以及溶解再生,在以纤维素为原料制备各种先进功能材料的过程中尚存在着巨大挑战。同时,如何充分高效地利用纤维素并拓展其在先进材料领域的应用也是值得重点关注的课题。本文以纤维素为主要研究对象,探索了通过绿色溶剂制备高性能纤维素复合材料的方法以及填料对纤维素溶液发生溶胶凝胶转变过程的影响；以纤维素的多层次结构制备新型结构的稀土氧化物材料的方法及改变条件对材料形貌结构的影响；直接利用纤维素材料通过简单的物理化学协同作用制备多功能纤维素材料的方法。基于上述结果,我们获得了制备基于纤维素的高性能材料的一些方法,主要内容简述如下：第一章为全文的引言,简单介绍了人类对纤维素结构的认识过程与应用,尤其纤维素溶剂的发展及溶解机理,着重介绍了纤维素复合材料制备领域方面的研究进展以及纤维素表面功能化改性的物理化学方法及达到的效果。第二章主要介绍了利用氢氧化钠/硫脲体系这种新型纤维素绿色溶剂制备氧化石墨烯增强的纤维素气凝胶。此工作的特点在于,初次将氧化石墨烯这种比表面积大、模量高的碳材料用来增强纤维素气凝胶；利用绿色溶剂及绿色的实验过程——令冻干燥来制备高性能材料；在制备过程中,发现氧化石墨烯的加入能够影响纤维素溶液的凝胶行为,通过一系列的表征手段证明纤维素与氧化石墨烯之间存在着强烈的相互作用,使得氧化石墨烯在纤维素溶液发生溶胶-凝胶转变时扮演着交联剂的角色,从而加速纤维素溶液的凝胶化。这种相互作用也是导致最终氧化石墨烯能大幅度提高纤维素气凝胶力学性能的关键因素。第三章主要利用纤维素作为模板,制备纤维状稀土氧化物纳米材料。重点考察了稀土纳米粒子Y2O3:Eu对纤维素多层次结构的复制效果,不同煅烧时间对稀土纳米粒子形状及尺寸的影响以及稀土纳米粒子在纤维素表面的生长过程。我们发现,稀土纳米粒子对纤维素的表面形貌从微米到纳米级别达到了精确并完整的复制,同时,纳米粒子的生长随着煅烧时间的增加而趋于完善,其尺寸最终达到与计算值近似。将煅烧时间缩短,通过对煅烧残留物的分析,提出纳米粒子在滤纸纤维素表面成核生长的机理,推断出纳米材料的最终形貌与前驱体在纤维素表面的涂覆量有关。我们选择TiO2这一具有光致亲疏水转换功能的纳米粒子作为滤纸改性涂层,考察不同涂覆量对滤纸的影响、加热对滤纸表面亲疏水的影响以及加热及放置后表面的亲疏水性,最后将改性滤纸用于油水分离并研究了分离效果。二氧化钛粒子在滤纸表面分布的无规则性及光致亲疏水性直接导致滤纸的疏水性增强,与滤纸表面多层次结构的协同作用造成最终得到滤纸的超疏水性。同时,通过化学接枝的方法得到光致发光的滤纸,其发光能力有望在改善实验条件的基础上得到增强。第五章是对全文所有体系的总结。通过上述工作,我们实现了基于纤维素的多种高性能材料的制备。利用氧化石墨烯与纤维素强烈的相互作用,得到压缩强度较高的纤维素／氧化石墨烯复合气凝胶。以纤维素作为模板,成功制备纤维状稀土纳米荧光材料。通过物理化学方法对纤维素基体进行多功能化改性,得到超疏水滤纸及具有光致发光功能滤纸。本论文研究结果不仅拓展了纤维素的应用领域,对今后制备具有生物相容性的多功能材料有着积极的借鉴意义。