氣體分離膜技術以其高效、低能及環境友好等特點，在工業分離領域具有極大的應用前景。傳統氣體分離膜材料氣體滲透系數很低，已越來越不能滿足日益增長的工業需求。開發高透過率、高選擇性的膜材料是人們一直追求的目標。自具微孔聚合物（PIMs）是近年來發展的一類具有高透過性及合理選擇性的高分子材料，其對氣體的高透過率來源于剛性扭曲分子鏈的非有效折疊而產生的固有微孔結構。設計開發新型高性能的PIMs對氣體分離膜的發展具有重大深遠的意義。

　　最近，中國科學院蘇州納米技術與納米仿生研究所靳健課題組通過向聚合物鏈引入剛性結構更強且具有V型立體結構的特勒格堿（TB）結構單元來構筑新型PIMs，相較傳統的PIMs構筑單元SBI，特勒格堿單元具有更強的剛性且更加合適的空間二面角，有利于增強聚合物的微孔結構，提高聚合物對氣體的篩分效應；進一步地，通過合理界面設計對獲得的TB功能化的PIMs進行復合改性，在氣體分離膜領域取得了系列研究進展：

　　通過共聚法將剛性且扭曲的特勒格堿基團引入PIM-1主鏈中，設計合成了特勒格堿基PIM類自具微孔共聚物（TBPIM）。特勒格堿基團的引入一方面增強了聚合物鏈段剛性，另一方面含特勒格堿基團中的氮原子大大增強了聚合物對CO2分子的親和性。兩方面的協同作用使得TBPIM共聚物在對CO2/N2、CO2/CH4、O2/N2氣體的分離選擇性上均有較大幅度的提高。研究成果發表在Poly. Chem. 2014, 5, 2793-2800上。

　　進一步，為解決傳統聚酰亞胺材料氣體透過率低的問題，設計合成了含特勒格堿結構的單剛性鏈段自具微孔聚酰亞胺。該特勒格堿基自具微孔聚酰亞胺比表面積可達300m2/g，較傳統聚酰亞胺提升兩個數量級，氣體分離性能提升明顯，接近代表高分子氣體分離最佳性能的2008年Robeson上限。研究成果發表在ACS Macro Letters, 2014, 3, 597-601上。 在此基礎上，將酸酐與二胺部分做剛性單元替換，獲得了具有雙剛性鏈段的自具微孔聚酰亞胺(圖1)。材料的比表面積提升至600m2/g，氣體分離性能突破2008年Robeson 上限。該項研究成果發表在Macromolecules, 2014, 47, 7477-7483。

　　在此基礎上，課題組以特勒格堿基自具微孔聚酰亞胺為主題材料，設計制備了聚合物/金屬-有機骨架材料（MOF）混合基質膜。利用MOF超高孔隙率和規整的孔道結構，實現對氣體的有效篩分。為解決MOF粒子在聚合物中的分散及與聚合物母體的兼容性問題，對MOF粒子進行表面修飾和改性，使其與聚合物主體間形成氫鍵和范德華力等作用，增強界面相互作用，提升界面相容性。該類混合基質膜材料具有非常優異的綜合氣體分離性能，遠遠超過Robeson上限。另外復合膜表現出優異的抗老化性能和熱穩定性。該項研究成果發表在Adv. Mater. DOI: 10.1002/adma.201504982上。