专栏名称: 高分子科技

高分子科技®做为全球高分子产业门户及创新平台“中国聚合物网www.polymer.cn”的新锐媒体，实时报道高分子科学前沿动态，关注和分享新材料、新工艺、新技术、新设备等一线科技创新设计、解决方案，促进产学研及市场一体化合作的共同发展。

天津科技大学程博闻教授团队 Macromolecules：锚定二酐结构-PBO膜反trade-off现象

高分子科技 · 公众号 · 化学 · 2025-03-06 09:39

正文

点击上方 “ 蓝字 ” 一键订阅

天津科技大学、 生物基纤维材料国家重点实验室 的程博闻教授团队 近期于 Macromolecules 期刊发表题目为“ Anchoring the Dianhydride Structure to Simultaneously Enhance the Permeability and Selectivity of the Polybenzoxazole Membranes ” 的文章。该文章第一作者为硕士生王戈，通讯作者为 程博闻 教授、 杨磊鑫 副教授和 李凯华 讲师。

【研究亮点】

成功设计并合成了一种具有锚定扭曲基团的新型邻羟基 PI 。
锚定结构提高了聚合物刚度，调节 TR 过程，成功制备了具有反 trade-off 效应的 PBO 薄膜。
较高的链刚度可使 PBO 结构更加开放，并在形成过程中阻碍链的堆叠。
优化的聚苯并噁唑薄膜（ 6FCBO ）的气体分离性能超过了 2008 年的上限。

微孔聚合物材料的精细结构对其膜分离性能有很大影响。然而，大体积单体的调节使得精确阐明这些材料的结构 - 性能关系变得复杂。在该研究中，提出了一种锚定扭曲单体策略，以实现聚苯并恶唑（ PBO ）膜的原子级优化，从而显著提高气体分离性能。以原始二酐 4 ， 4'- （六氟异亚丙基）二邻苯二甲酸酐（ 6FDA ）为基础，精确引入醚氧键，锚定扭曲的二酐结构。合成了两种含羟基的聚酰亚胺（ PI ）， 6FCBI （含醚氧键）和 6FBI （不含醚氧键），随后通过热处理将其转化为 PBO 薄膜（ 6FCBO 和 6FBO ）（图 1 ）。

图 1. 聚酰亚胺前体和 PBO 膜的制备。

醚氧键的引入有效地调节了聚合物链的刚性，进而影响热重排过程中聚苯并噁唑（ PBO ）链的堆叠。刚性结构使得 PBO 保留了更高的自由体积，形成高的比表面积以及更多的微孔结构（图 2 ）。与传统的热重排（ TR ）膜相比， 6FCBO 膜在气体分离性能方面表现出反 trade-off 效应，同时提高了气体渗透性和选择性。值得注意的是， 6FCBO 的二氧化碳渗透率达到 2540 Barrer ，二氧化碳 / 四氯化碳选择性达到 28.8 ，超过了 2008 年 Robeson 上限（图 3 ）。这项研究为微孔聚合物材料提供了精确的结构优化策略，提供了新的的见解和证据。