[发明专利]一类共价交联的高分子-金属-有机笼复合膜的制备

说明书

本发明针对传统高分子膜存在较差的机械性能、渗透性和选择性之间此升彼降的矛盾关系（Trade‑off效应）、功能性单一等问题，以及现有的高分子‑金属‑有机笼复合膜结合力弱、容易泄露、难以制备成膜等问题，创造性地设计开发多孔金属‑有机笼作为共聚合单体，通过高分子聚合反应形成交联网络，进一步制备成复合膜材料的方法。通过在金属‑有机笼的配体上修饰可聚合的基团，与同样带有可聚合基团的单体共聚或与高分子反应，制备新型高分子‑金属‑有机笼复合膜材料。用此技术制备的膜材料同时继承了多孔材料和高分子的优点，并优化和提升了材料的性能，比如机械性能。此方法可用于设计制备不同类型的共价连接的高分子‑金属‑有机笼复合膜，满足不同的环境需要（如分离、催化、传导以及生物医药等方面），因而具有广泛的应用价值。

技术领域

本发明属于薄膜材料制备的领域，具体涉及一类将多孔金属-有机笼（MOPs）与高分子共价连接，形成以多孔金属-有机笼为结点，并具有高性能的新型高分子-金属-有机笼（polyMOP）复合膜的制备方法。

背景技术

自从18世纪以来，薄膜技术开始不断发展，膜的种类及应用领域也在不断壮大，其中用量最大的是选择性分离膜，如离子交换膜、微孔过滤膜、超过滤膜、液膜、液晶膜等。目前已应用的领域涉及到核燃料及金属提炼、气体分离、海水淡化、超纯水制备、污废处理、人工脏器的制造、医药、食品、农业、化工等各方面。膜制品的优势在于它们操作便利、成本低廉、节能高效并且环境友好，这些特性使得膜材料成为经济、环保又节能的有力工具。然而，大多数商业化的膜制品是属于有机聚合物，它们通常存在一些缺点，比如较差的机械性能、渗透性和选择性之间此升彼降的矛盾关系（Trade-off效应）、功能性单一等，这些都严重阻碍膜的进一步发展和应用。因此，开发新型高性能的有机-无机复合膜，成为这个领域的挑战。

金属-有机笼（MOPs）拥有规则的结构、多孔性、可调的孔径尺寸、稳定性以及可定制的结构和功能等优势，在分离、催化和传导等方面具有非常优良的性能。特别的是，MOPs在某些溶剂中具有优异的溶解性，这是MOPs材料最大的特点，即使溶解在溶剂中，MOPs仍能保持完整的分子结构。传统的高分子-金属-有机笼复合膜是大多数是通过混合基质的方法来制备，但存在MOPs与高分子间结合力弱的问题，导致膜在应用时多孔材料可能会从高分子中析出，进而造成膜缺陷，降低材料性能。

为了克服MOPs与高分子结合力弱的问题，一些研究者将MOPs与高分子共价连接，从而赋予了材料更好的机械加工性能。例如，使用MOPs作为多功能核，合成了配位星形聚合物（CSP），或是将带有高分子链的遥爪配体与金属离子自组装，成功将MOPs引入高分子网络中，构建了一类新型的拓扑结构的高分子网络等。但目前为止，MOPs与高分子共价连接的材料，都只得到了高分子-金属-有机笼粉末或水凝胶材料，尚无关于其在膜材料制备方面的应用报道。本申请针对传统高分子-金属-有机笼复合膜材料机械性能差、多孔材料与有机相结合力弱、多孔材料容易泄露等问题，创造性地筛选和设计多孔金属-有机笼作为交联网络的结点，利用其易于修饰、优异的溶解性、高稳定性和多孔性等优良特性，通过共价键合的手段与单体共聚或与高分子连接，制备新型高分子-金属-有机笼复合膜，以克服传统高分子和有机-无机复合材料在膜制备及性能上的应用限制。