哈尔滨工业大学邵路课题组制备仿植物根系穿插分子链结构CO₂捕集膜

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PEO是一类具有较强CO2亲和性的聚合物材料，是一种理想的CO2分离膜材料。PEO材料对CO2分子的强亲和性源自于PEO分子链中的醚氧重复单元与CO2分子之间的偶极——四极作用。然而，纯PEO材料由于链段高度规整，容易形成高分子结晶，结晶极大地降低了PEO的自由体积，严重影响了气体分子在PEO中的溶解与扩散。因此，研究中常采交联、共混、杂化、前段共聚等方法来抑制PEO分子的结晶，以提高PEO材料的气体传输性能。其中，交联是最常用、最有效的提高PEO分离膜性能的方法，但目前大多数交联PEO分离膜的CO2渗透通量都较低。邵路课题组在前期研究中开发了一种基于紫外交联PEO体系的半互穿网络分离膜，在紫外交联PEO中原位引入了低分子量的线性PEO分子，一举将PEO基分离膜的CO2渗透通量提高到2980 Barrer。然而，由于低分子量线性PEO分子的流动性，削弱了这种高渗透性能的PEO在高压测试环境下的结构稳定性。

为了克服半互穿网络PEO膜机械性能较差的难题，邵路课题组受到植物根系的启发，在最新的研究成果中设计了一种新型含有支化PEO互穿分子链的半互穿网络分离膜。低分子量PEO掺杂的半互穿网络结构稳定性较差的主要原因是线性的PEO分子与交联网络之间难以形成稳定的缠结，结构较为松散。因此在支化半互穿分离膜中摒弃了线性的PEO分子，而是采用两步法，首先制备出具有优异PEO溶胀性的热交联PEO膜，再将双官能度的低分子量PEO单体浸渍进入热交联PEO交联网络中，最终通过原位二次聚合在交联PEO网络中形成了具有支化结构的PEO互穿分子链，形成了新型的支化半互穿网络结构。支化的PEO分子与交联网络之间可以形成牢固的动态缠结，从而提高了交联体系的机械强度和结构稳定性。另外，支化PEO的分子侧链在交联网络中依然保持着优异的运动能力，对交联网络起到塑化、增大自由体积和提高醚氧单元浓度的作用，进而促进了交联膜的CO2渗透能力。因此，简单地通过在热交联PEO网络中原位形成支化PEO分子的方法，成功实现了对PEO半互穿网络分离膜的气体渗透性能和力学性能的同时提高，这种方法对高性能半互穿网络分离膜的设计加工具有指导意义，同时也拓展了半互穿网络分离膜的应用范围。

邵路教授一直从事膜材料与膜分离的研究，在Energy Environmental Science, Journal of Membrane Science, Nature Communications, Matter等国际期刊上发表了100余篇相关论文，所发文章曾入选ESI热点文章3篇，ESI高引文章15篇，SCI引用3900余次，H-index=37。