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配位聚合物是由無機金屬中心與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網絡結構的晶態多孔材料。 一、項目進展 創意計劃階段 二、負責人及成員 姓名 學院/所學專業 入學/畢業時間 祝渙鈞 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 吳凌志 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 鄭毅 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 王梓 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 武辰禹 化學與化工學院應用化學專業 2019年9月至2023年6月 三、指導教師 姓名 學院/所學專業 職務/職稱 研究方向 覃玲 化學與化工學院 副教授 多功能配位聚合物材料的合成及應用研究 四、項目簡介 配位聚合物是由無機金屬中心與橋連的有機配體通過自組裝相互連接，形成的一類具有周期性網絡結構的晶態多孔材料。它具有多樣的拓撲結構，并且稀疏多孔，密度較低。這些特點使得它在吸附，催化，儲能的各個方面有著優良的效果。 本項目主要目的在于合成鈷/鎳基配位聚合物，選擇合適的有機配體與金屬離子鈷/鎳通過配位鍵構筑得到鈷鎳基配位聚合物，利用單晶衍射、元素分析、紅外光譜等方法對其結構及組成進行表征，或者通過合成和摻雜的方式，調控它的析氫性能，設計出高催化活性和穩定性、低成本的非貴金屬催化劑。 項目組成員通過設計選擇有機配體與金屬離子，通過溶劑熱方法合成了多種金屬有機框架材料，并將其熱解得到衍生材料。通過線性伏安掃描法等多種實驗方法測試了它們的電催化性能，其中化合物Ni-MOF的初始電位為-356mV，Tafel斜率127.3 mV⋅dec-1。Co-MOF通過摻雜Zn2+后，過電位降低到-307 mV，Tafel斜率150.2 mV⋅dec-1。我們還合成了一種對金屬離子（Fe3+）與抗生素（加替沙星）有明顯檢測效果的鋅基材料，可作為多功能探針檢測水中金屬離子和抗生素的殘余量。由于化合物沒有催化位點，我們通過摻雜鈷金屬的方式，改善了它的電催化析氫性能，使它具有較低的初始電位(-423 mV)、較低的Tafel效率(101.9 mV⋅dec-1)和較好的循環穩定性。 項目為研究高性能和穩定性的HER電催化劑及金屬離子和抗生素熒光探針材料的設計合成提供了可行的思路。

本發明公開了一種提高分子篩膜通量的方法，對在含有聚合物的載體（如純有機載體或有機-無機復合載體）表面合成的分子篩膜進行加熱處理，從而達到提高分子篩膜滲透通量的目的。先在載體表面制備分子篩膜，然后將膜材料整個置于加熱爐內，按一定速率升溫到一定溫度后保持一段時間，然后再按一定速率降溫至常溫；將進行過加熱處理的分子篩膜用于滲透汽化分離，與未處理的分子篩膜相比，膜的通量有明顯提高。也可以在制備分子篩膜之前，對載體進行同樣的熱處理。本發明的熱處理沒有使分子篩膜產生額外缺陷，操作簡單，分離性能提高顯著，對分子篩膜的修飾有普遍適用性。

丁二烯是產量最大的化工產品之一，其生產過程中需要耗費大量的能量和有機溶劑對成分復雜的C4烴類混合物進行蒸餾分離。利用多孔材料進行吸附分離是一種潛在的高效分離提純方法，但分子較小、極性較大的丁二烯容易被吸附，在脫附過程中不但容易被殘留的其它C4烴類污染，而且容易受熱聚合。我們前期已經發現可以利用合理設計的超微孔親水多孔材料對C2烴類實現反常的極性選擇。針對丁二烯分子柔性顯著小于其它鏈狀C4烴類的特點，我們希望能進一步通過特殊的孔道形狀控制這些柔性客體分子的構型，利用構型變化的能量差獲得反常的吸附選擇性和最優的C4烴類吸附分離順序。?形狀尺寸合適的離散孔洞最有利于控制柔性客體分子的構型和并反轉吸附選擇性，而連續的孔道對客體分子的吸附擴散又是必須的。通過模擬計算,發現具有準離散孔洞的柔性多孔材料MAF-23在兩種要求中取得平衡，實現了反常而且最優的C4烴類混合物吸附分離順序。常溫常壓下將丁二烯、丁烯、異丁烯和丁烷混合物通過MAF-23填充的固定床吸附裝置后，吸附最弱的丁二烯最先流出而且純度很容易達到99.9%，同時可避免常規純化方法中因加熱而產生的丁二烯自聚問題。

本發明涉及一種微流控芯片制作技術，主要用于高分子聚合物材質微流控芯片制作，其特征在于利用CNC雕刻機直接加工微流控設備，即利用數控軟件進行微流控芯片的通道設計，得到相應的雕刻路徑，編寫雕刻用代碼；將雕刻代碼導入控制CNC雕刻機的軟件中，對要進行制作的高分子聚合物材料進行制作；圖案制作結束后，根據不同要求，封接芯片，即可得到功能化的微流控設備。 成果亮點 技術特點：極大的降低高分子聚合物微流控芯片的制作成本，簡單易用，快速制備，有利于芯片的大批量生產，并能靈活的調節芯片微通道深度，有利于實現微流控芯片器件的功能多樣化，克服了現有技術制作微流控芯片設備成本高、制作效率低、難以實現芯片通道深度多樣化的缺點，排除了人為因操作熟練程度造成的偏差和人力的消耗。

本項目涉及到功能聚合物的分子設計與制備，并將功能聚合物應用于外墻外保溫漿料及其它預拌砂漿，如抗裂砂漿、自流平砂漿、裝飾砂漿、柔性膩子和界面劑等化學建材中，以上統稱為聚合物改性砂漿，屬于高分子合成、化學建材和節能材料領域。聚合物改性砂漿是指具有特殊功能如抗裂、高粘結性能、防水抗滲和裝飾性的砂漿。為達到這些特殊功能，應當在無機膠凝材料—水泥中添加某些功能聚合物。本項目以聚合物改性砂漿的應用要求入手，運用聚合物分子設計和高分子乳液合成新方法，系統研究制備了不同組分結構、不同分子量、不同玻璃化轉變溫度、不同粒徑的功能聚合物乳液，并通過噴霧干燥設備的合理選型、參數控制和工藝過程的改進，成功地將聚合物乳液制得可再分散膠粉。可再分散膠粉可以很好還原聚合物乳液的主要性能。

合成的高分子材料聚乙二醇 - 聚己內酯，對藥物進行包裹，以改善藤黃酸在水中溶解度極小、血漿清除快、體內分布廣，以及生物利用度很低等缺陷。

本發明公開了一種基于紅外線輻照的石墨烯/聚合物復合材料的制備方法，包括以下步驟：1）將氧化石墨溶液與聚合物溶液或者聚合物乳液混合，得到混合液，澆注或者紡絲，干燥至總溶劑的重量百分含量小于等于50%，得到復合產物；2）在紅外線加熱燈輻照下將復合產物中的溶劑除去并進行氧化石墨的還原反應，得到石墨烯/聚合物復合材料。本發明制備方法中，利用紅外線加熱燈輻照下制備石墨烯/聚合物復合材料，工藝非常簡便、生產成本很低，有利于工業化大規模生產，聚合物可選擇不同的種類，可以制備不同的石墨烯/聚合物復合材料，可以滿足不同的生產和使用要求，在導電高分子復合材料以及薄膜、纖維等領域具有廣闊的應用前景。

浙江大學航空航天學院宋吉舟教授團隊，便基于形狀記憶聚合物，提出了一種新型的“萬能抓手”策略。這個“萬能抓手”的載體非常簡單，就是一塊智能“塑料”。別瞧它結構簡單，本領可不小，它可以把目標物體“鎖”在體內，輕松地抓取1微米到1米大小之間任何形狀的物體。 目前這一研究成果已發表在知名學術期刊《科學進展》（Science Advances）上，文章共同第一作者為浙江大學航空航天學院碩士生令狐昌鴻和博士生張順，通訊作者為浙江大學航空航天學院宋吉舟教授。 宋吉舟教授團隊的“萬能抓手”何以做到“探囊取物”？靠的便是形狀記憶聚合物。形狀記憶聚合物是一種特殊的智能材料，論其特殊，就特殊在它的“逆來順受”：在外部刺激作用（如光、熱）控制下，形狀記憶聚合物可軟可硬，在受到一定的外力作用導致變形后，它就能保持這個變形后的形狀，可謂“順其自然”；然而在一定的外部刺激作用下，它又會變回原來的樣子。目前形狀記憶聚合物已經被廣泛用于智能織物、電子包裝管的熱收縮膜、航空器太陽能帆板展開機構、智能醫藥器件等領域。 宋吉舟教授團隊的新策略：第一步，就是抓取物體時，先在外部刺激作用下，讓形狀記憶聚合物變得柔軟，趁此機會將物體或者物體表面的結構嵌入其中；第二步，去掉外部刺激，讓形狀記憶聚合物變回剛硬的狀態，保持住該變形的臨時形狀，將物體“鎖住”，從而把物體抓取起來；第三步，等把物體轉移到目的地之后，再次施加外部刺激，形狀記憶聚合物就會恢復初始形狀，將物體“解鎖”釋放。 形狀記憶聚合物萬能抓手抓取和釋放物體的流程示意圖 形狀記憶聚合物這塊智能 “ 塑料 ” ，就好像是一把有魔力的萬能鎖，能鎖住世間萬物：為了獲取 “ 獵物 ” ，它 先 變成柔軟的橡皮泥，把物體柔柔地包住，然后變成堅硬的石頭，把物體牢牢地鎖住，等把物體 “ 押送 ” 到目的地，又會重新變成軟軟的橡皮泥并釋放物體。宋吉舟教授介紹，這把 “ 萬能鎖 ” 能在典型的三維結構物體上產生很大的抓力，包括球體、方塊、管狀物體、螺栓、螺母、棗核、鑰匙串等；更厲害的是，它還能像壁虎一樣， 粘附在物體表面 ，不論物體表面光滑還是粗糙。 形狀記憶聚合物萬能抓手對典型宏觀物體的抓力   那么對于尺寸小的物體，這個抓手又是如何發揮功效的呢？當物體尺寸小到微觀尺度（100微米左右或者更小），物體受到的表面力，特別是與抓手的粘附作用強，會給物體的釋放帶來較大的挑戰。在該設計中，抓手通過把物體或者物體表面的結構鎖在其內部實現抓取，不依賴抓手的粘附力，所以當粘附力給物體釋放帶來挑戰時，就可以在抓手表面鍍上一層特殊材料，或者增加抓手表面粗糙度來減弱粘附，從而實現物體釋放。這樣，即使是75微米大小的不規則鐵顆粒或者是直徑10微米的二氧化硅球，也能順利從形狀記憶聚合物萬能抓手上得到釋放。 使用形狀記憶聚合物萬能抓手操縱75 微米的不規則鐵顆粒和10微米直徑的二氧化硅球 “微觀抓手就像微觀世界里的吊車，可以用它在微觀世界里搭建‘建筑’，制作特殊的光電器件。”令狐昌鴻說，“這個抓手在微觀視角下還有一個優勢，就是一個抓手就是數以萬計的微觀吊車，可以高效地在微觀世界工作。” 談及具體應用，宋吉舟教授表示，在柔性電子制備中，最重要的一步就是微觀元器件的快速組裝，即把制備基底上數以萬計或者更多的維納元器件轉移到柔性的使用基底上。以往的方法都依靠粘附來一次性抓取這些元器件，但是釋放的時候粘附就變成了限制因素。而宋吉舟教授課題組提出的這個策略，完全不依賴粘附，為柔性電子的制備提供了一種新思路，有望推進柔性電子的工業化進程。 使用形狀記憶聚合物萬能抓手組裝柔性電子器件的簡單展示 該項目得到了國家973計劃、國家自然科學基金和中央高校基本科研業務費專項資金等的支持。

本技術成果涉及納米材料及其在聚合物中應用 的關鍵技術研究，屬于新材料高新技術領域。針對 納米粒子難以在聚合物中均勻分散的難題，將材料 結構設計和熔融共混工藝相結合，創新性地提出運 用加工手段誘導納米粒子在塑料成型加工時分散的 技術。采用納米粒子接枝改性、雙重界面調控、預 牽伸等，通過改變加工條件和加工手段達到強制分 隔納米粒子團聚體、實現納米分散結構的目的。制備具有顯著增強增韌效果的納米無機粒子填充聚合物復 合材料，實現通用塑料工程化。本成果的技術特點：1.技術創新程度高，本技術在保持傳統的塑料加工方 法的基礎上，通過合理控制加工條件和加工手段，另辟蹊徑解決納米分散難題，其成果在納米復合材料領 域屬國際首創；2.科學思想新穎；3.材料性能優異；4.工藝簡單、技術實用。

本發明涉及膜分離技術，旨在提供一種有機?無機復合納米粒子超親水改性聚合物膜及制備方法。該聚合物膜含有超親水性的聚醚改性有機硅材料，有機?無機復合納米粒子均勻分布在聚合物膜的截面、外表層和內表層，并呈梯度微納珠狀網絡結構；所述的超親水性的聚醚改性有機硅材料含有Si?C鍵連接型超親水聚醚功能基團。本發明使能實現不同部位水增量速度差異，從而制備具有梯度孔結構的有機?無機復合納米粒子超親水改性聚合物膜。可實現對聚合物膜膜孔結構的精確控制，滿足多樣性使用環境。具有超級親水、優異親水持久性、超低壓或零過膜壓超高水通量、超高抗污染性能，可廣泛應用于飲用水深度凈化、工業污水處理、食用飲品的濃縮分離、油水分離。