CJChE丨南京工业大学 周洁梅、应翔、汪勇等:基于嵌段共聚物的相行为在任意基底上构建可修复的纳米多孔功能涂层

纳米多孔涂层是具有纳米级孔隙的功能性薄层，能为基底赋予新的功能，已在诸多领域得到广泛应用，如光电子学、生物医学、催化和分离等。涂层的孔隙结构，包括孔径和孔径分布、孔隙的连通性等，对于涂层的性能至关重要。此外，能够高效且可控地在各种基底上制备均匀的纳米多孔层的工艺也极为关键。

聚合物溶液的宏观相分离技术能够利用多种聚合物材料形成高孔隙率涂层。但该方法所制备的孔隙均匀性较差，孔径分布范围较宽，从纳米级到微米级均有分布，导致此类涂层在光学镀层和基于尺寸的分离应用中表现欠佳。相比之下，通过化学蚀刻方法去除涂层材料中的某一组分，能够获得具有特定尺寸和形状的均一孔隙。然而该技术依赖化学反应实现成孔，通常需要较长的反应时间及繁琐的纯化步骤。更关键的是，目前的方法均面临相同的技术瓶颈：难以在大面积或非平面基底上构建均匀涂层，这一局限严重制约了其在关键领域的应用。因此，开发高效简便的制备方法以获得具有纳米级均匀孔隙的多孔表面涂层，仍是当前亟待突破的研究方向。

本研究开发了一种简便快速的方法，可实现在任意基底上制备纳米多孔聚合物涂层。该方法基于对嵌段共聚物的微相分离特性以及相区链段与选择性溶剂间不同的相互作用，仅需在基底上依次涂覆嵌段共聚物和溶胀剂，通过选择性溶胀诱导孔道的形成，从而获得双连续结构的纳米多孔薄层。溶胀剂的组成和配比对孔道结构和孔径大小起决定性作用。溶胀剂中，对嵌段共聚物主体相链段有较强相互作用的组分含量越高，则溶胀程度越大，孔隙率随之增加。对于小面积平面基底，采用旋涂法将嵌段共聚物溶液均匀铺展后，滴加微量溶胀剂并自然挥发，数分钟内即可实现多孔化。对大尺寸或复杂形貌的基底，采用喷雾涂覆技术可轻松实现纳米多孔涂层的制备。通过该方法制备的减反射涂层和复合膜的分离薄层，验证了该方法的应用价值。尤为有趣的是，通过该方法制备的多孔涂层在使用过程中产生缺陷时，仅需重新喷涂溶胀剂即可实现原位修复。得益于该方法快速、简便和可规模化的特性，其在各领域纳米多孔涂层的大规模制备中具有重要应用前景。

团队负责人汪勇，博士生导师，东南大学能源与环境学院教授。“水处理膜”江苏高校优秀科技创新团队带头人，担任Macromolecules副主编（Associate Editor），以及J. Membr. Sci. Lett.、《化学通报》、《水处理技术》等期刊编委。入选中组部高层次人才计划，获全国优秀教师、中国化学会青年化学奖、江苏省青年科技奖、国家科技进步二等奖（3/10）等荣誉或奖励。主持完成973计划（首席科学家）、国家杰出青年科学基金（2018年）等项目，目前正在主持基金委重点项目、国家重点研发计划项目等。获授权发明专利20余件（PCT专利3件），在Acc. Chem. Res., Adv. Mater., AIChE J., Angew. Chem., JACS, Nature Commun., Science Adv. 等期刊上发表论文300余篇。长期从事多孔材料的制备、改性和功能化的研究，提出了“均孔膜（homoporous membranes, HOMEs）”的概念，开展均孔膜的设计、制备、放大与应用的系统研究，建立了基于嵌段共聚物选择性溶胀制备均孔超滤膜、共价框架规整化构建均孔纳滤膜的方法，并首次将原子层沉积技术用于液体分离膜的改性和功能化，膜分离性能得到显著提升。另外，还将均孔材料应用于气体、液体的高效及高选择性吸附与转化。