具有双壁结构的空心微球的合成及其应用性能的研究

双壁结构(shell-in-shell structure)的空心微球的合成及应用性能的研究是近年高分子材料研究领域的一个前沿性的课题。本项目拟结合蒸馏沉淀聚合法和溶胶-凝胶可控水解法，分别合成多种四层无机/聚合物杂化微球，研究多层微球的形成机理。再利用热解法去除其中聚合物层或者化学刻蚀二氧化硅中间层的方法，，分别合成ZrO2/TiO2、椭球形P(EGDMA-co-MAA)/TiO2、P(DVB-co-VPyH+SO3-)/SiO2/P(DVB-SO3H)和P(DVB-SO3H)/P(DVB-co-VPyH+Cl-)聚电解质、以及pH和电场双重响应的P(MBAAm-co-MAA)/P(EGDMA-co-MPC)双壁结构的空心微球。分别开展该类功能性双壁空心微球的独特的光催化性能和可控药物释放载体的应用性能的基础性研究。

在本项目的支持下，共培养出1名博士，11名硕士，13名本科毕业论文学生。具有多层结构的空心微球，由于其独特的性能和潜在的用途，有关其合成和应用性能的研究受到了与日俱增的关注。不同于单层的空心微球，同心的多层结构的空心微球具有可调变的壳层组份和更为复杂的结构与多功能特性。因此，合成具有特定的结构和功能，尤其是具有不同结构和功能的双壁空心微球的合成仍然是一项具有挑战性和前沿性的研究工作。主要开展了如下五个方面的工作：（1）蒸馏沉淀聚合法合成单/窄分散的功能性聚合物微球，如表面带有环氧基、胺基，内核含有CdS荧光量子点的无机/聚合物杂化微球，含氟疏水性聚合物微球，控制表面双键的密度合成了具有不同形貌的聚合物微球，不同尺寸的微球表面功能基团之间的异相自聚集作用/反应(点击化学反应、胺基与环氧基的开环反应、氢键作用）合成了具有疏水性的草莓状杂化微球，合成了具有特定形貌和结构的磁性聚合物微球，如Janus结构的磁性杂化微球、空心磁性微球、表面接枝聚合物的杂化微球；（2）合成了具有生物功能的无机/聚合物微球、氧化-还原响应性的多功能聚合物微球，开展了该类微球的生物相容性、作为可控药物释放载体和磁共振成像等生物医药学领域的应用性能；（3）原位合成了功能性聚合物微球稳定的金属纳米胶体，开展了其作为具有高催化活性和易循环使用且稳定的催化性能的应用研究；（4）合成了质子传导和保水性能的功能性聚合物微球，开展了其作为质子交换膜中的活性组分在甲醇燃料电池中的应用性能，提高了质子交换膜在相对低湿度的保水性能、质子传导能力和阻醇特性；合成了SnO2/聚合物双壁空心微球，开展了其作为锂离子电池中的阴极材料的应用性能，电池具有稳定的循环使用性能；（5）合成了作为NO载体的功能性/空心聚合物微球，探讨了其可控NO释放行为。共计发表学术期刊论文35篇（SCI收录33篇，综述性论文1篇），专著1章，5篇会议论文。