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  在綠色化學(xué)工程與可持續(xù)制造范式轉(zhuǎn)型的宏觀背景下，聚合物材料的輕質(zhì)化設(shè)計已成為降低全生命周期環(huán)境負(fù)荷、實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)低碳化升級的重要技術(shù)路徑。其中，具有納米級閉孔結(jié)構(gòu)的聚合物發(fā)泡材料因其獨特的氣-固耦合效應(yīng)，在航天器隔熱防護(hù)、新能源汽車輕量化等領(lǐng)域展現(xiàn)出顯著優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有技術(shù)體系仍面臨兩大關(guān)鍵挑戰(zhàn)：其一，超臨界流體發(fā)泡過程中泡孔成核勢壘過高導(dǎo)致成核密度受限；其二，實現(xiàn)納米級孔徑控制需施加極高飽和壓力（普遍>30 MPa），嚴(yán)重制約工業(yè)設(shè)備的經(jīng)濟(jì)性與安全性。

  針對上述瓶頸，浙江工業(yè)大學(xué)劉善秋教授團(tuán)隊與中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)李景國教授團(tuán)隊合作，采用溶劑熱合成法成功制備了UiO-66及其三種官能化衍生物（UiO-66-OH、UiO-66-NO?、UiO-66-NH?），并首次將其作為高效異相成核劑應(yīng)用于聚合物納米孔結(jié)構(gòu)發(fā)泡體系中。通過精確控制成核劑類型，實現(xiàn)了聚合物泡孔密度高達(dá)1.3×1013 cm?3，相較于未經(jīng)改性PMMA體系的發(fā)泡材料，泡孔密度提升達(dá)10?倍。進(jìn)一步地，通過密度泛函理論（DFT）計算了不同功能化UiO-66對CO?的吸附能，并深入闡明了MOF材料與CO?分子的相互作用機制。這項研究為金屬有機骨架（MOF）在高效聚合物納米孔結(jié)構(gòu)發(fā)泡領(lǐng)域的應(yīng)用提供了實驗基礎(chǔ)和理論支持。

圖1 UiO-66-X合成示意圖

圖2 UiO-66-X微觀形貌圖

圖3 XRD與FTIR測試

圖4 不同發(fā)泡條件下PMMA納孔發(fā)泡材料泡孔數(shù)據(jù)

圖5 UiO-66-X成核效果測試

圖6 UiO-66-NH₂與CO₂作用機理與密度泛函理論計算結(jié)果

  相關(guān)研究成果以“Polymeric Foams with Nanoscopic Cellular Structures Facilitated by UiO-66-X as High-Efficiency Nucleators”為題發(fā)表在ACS applied polymer materials（2025，10.1021/acsapm.5c00528. 20250430）期刊上，該研究工作得到國家自然科學(xué)基金的自主支持。

  論文信息：

  Shanqiu Liu*, Enze Yu, Wei Cui, Taotao Ge, Qing Liu, Yu Zhong, Ping Li*, Jie Yu*, and Jingguo Li*. Polymeric Foams with Nanoscopic Cellular Structures Facilitated by UiO-66-X as High-Efficiency Nucleators. ACS applied polymer materials, DOI: 10.1021/acsapm.5c00528.

  論文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsapm.5c00528