共价有机框架复合膜——具有高机械加工性自支撑高分子
新材料是我国的七大战略新兴产业之一，其中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。共价有机框架材料(COFs)是在2005年兴起的一种多孔的、高结晶性的、具有规则结构的有机高分子材料。COFs在多个应用领域，例如吸附分离、催化、药物传递等，展现出了广阔的应用前景。COFs主要是通过溶剂热制备而成。由于在合成过程中存在结构缺陷，大部分COFs以微晶粉末的形式存在，很难得到大尺寸的晶体或膜，这较大程度地限制了COFs的应用，特别是在膜方面。因此，开发制备高性能的、自支撑COF膜的新方法，对于拓展COFs的应用具有重要意义。
针对COF膜的合成挑战，某大学研究员教授与药物化学生物学国家重点实验室研究员合作，率先提出了分步聚合的方法：首先用聚乙二醇作为连接器合成了含有COFs构筑单元的高分子；再把高分子与COFs的构筑单体进一步聚合，成功制备了一系列自支撑的、具有高机械加工性能的高分子——共价有机框架复合膜(polyCOF)。通过调节高分子的含量，可以很好地调控polyCOF膜的结晶度、孔隙率以及机械强度。归功于COFs有序的孔结构和高比表面积，polyCOF膜展现了高水渗透率，成功实现了污水中有机染料的选择性分离。更重要的是，所得到的polyCOF-42膜的分离效率远高于纯的COF-42的分离效率，表明高分子构筑单体不但能够提高膜的机械加工性能，而且能够有效地调节COF孔道的大小。利用高分子构筑单体和COFs材料的协同效应，polyCOF膜展现出有趣的蒸汽刺激响应行为，为COFs材料的应用提供了一个新的方向。利用这种响应行为，polyCOF膜可以模拟人工肌肉，实现一系列复杂运动(如仰卧起坐和举重等)。进一步研究发现，这种制备polyCOF膜的方法具有很好的普适性，可以应用在其它高分子和COFs的体系中。这一工作一方面突破了COFs材料在合成方面的局限性，另一方面拓宽了COFs材料的应用领域。
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