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南开大学张振杰研究员课题组:成功构建一类自愈型超交联高分子-金属有机笼(HCMOPs)复合膜
2019-07-26  来源:大发排列3网

  膜材料被列入新材料“十三五”规划专项工程,是国家重点发展的领域。目前,大多数商业化的膜制品是由有机高分子制成的,通常存在机械性能较差、渗透性和选择性此升彼降的矛盾关系(Trade-off效应)、功能性单一等缺点,人们为了解决这些问题将关注点集中在新型膜材料的开发上,其中有机-无机复合膜可以综合有机高分子材料和无机材料的优点,为解决传统膜材料的问题提供了很好的思路。但目前报道的有机-无机混合基质膜存在填充剂与高分子间结合力弱的问题,导致膜在某些应用场景下存在泄露的问题。金属有机笼(MOPs)具有良好的溶解度、丰富的活性有机位点和金属位点,有望与高分子通过化学键联接来增强与高分子之间的结合力。这样既可以克服混合基质膜方法的缺点,保留了高分子链本身的特性(例如柔性、可加工性等),还获得了许多独特的功能(例如高强度、选择性等)。目前将MOPs-高分子通过化学键进行复合的报道非常有限,所得到的材料大多于粉末或凝胶状态存在,限制了它们的应用领域。因此,迫切需要研究者去开发新的策略来制备新型的、多功能的高分子-MOPs复合膜。


  近期,南开大学化学学院张振杰研究员与利默里克大学的Michael J. Zaworotko教授、药物化学生物学国家重点实验室陈瑶研究员合作首次提出超交联金属有机笼(hypercrosslinked MOPs,简称HCMOPs)的概念,并成功制备一类新型的高分子-金属有机笼复合膜,即将可溶性的MOPs作为共聚单体参与聚合反应,同时MOPs作为高连接结点赋予膜材料优异的性能。该复合膜继承了MOPs(例如阳离子性质和永久孔隙率)和聚合物(例如自愈合能力、抗菌活性、高水通量和良好加工性)的优点。将MOPs引入高分子后,可显著提高膜材料的机械性能和选择性分离性能。自愈性能和抗菌活性也进一步扩大了HCMOPs膜的潜在用途(例如杀死病原体和改善膜的耐久性等),有望用于治理水资源中的病原体污染。HCMOPs膜不仅克服了传统混合基质膜的trade-off效应,并且提出一种用于制备高分子-MOPs复合膜的新方法。这个方法同样适用于其他可溶性多孔材料和其他高分子基质,为MOPs和膜材料的发展提供了一种新的方向。

  该工作最近发表在J. Am. Chem. Soc. 2019, DOI: 10.1021/jacs.9b05155。文章第一作者为南开大学化学学院二年级硕士生刘金津。通讯作者是南开大学化学学院的张振杰研究员、利默里克大学的Michael J. Zaworotko教授和药学院的陈瑶研究员。项目感谢自然科学基金青年项目和天津市自然科学重点基金的资助。

  论文链接:https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.9b05155

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