在绿色化学工程与可持续制造范式转型的宏观背景下，聚合物材料的轻质化设计已成为降低全生命周期环境负荷、实现产业低碳化升级的重要技术路径。其中，具有纳米级闭孔结构的聚合物发泡材料因其独特的气-固耦合效应，在航天器隔热防护、新能源汽车轻量化等领域展现出显著优势。然而，现有技术体系仍面临两大关键挑战：其一，超临界流体发泡过程中泡孔成核势垒过高导致成核密度受限；其二，实现纳米级孔径控制需施加极高饱和压力（普遍>30 MPa），严重制约工业设备的经济性与安全性。

  针对上述瓶颈，浙江工业大学刘善秋教授团队与中国科学技术大学李景国教授团队合作，采用溶剂热合成法成功制备了UiO-66及其三种官能化衍生物（UiO-66-OH、UiO-66-NO?、UiO-66-NH?），并首次将其作为高效异相成核剂应用于聚合物纳米孔结构发泡体系中。通过精确控制成核剂类型，实现了聚合物泡孔密度高达1.3×1013 cm?3，相较于未经改性PMMA体系的发泡材料，泡孔密度提升达10?倍。进一步地，通过密度泛函理论（DFT）计算了不同功能化UiO-66对CO?的吸附能，并深入阐明了MOF材料与CO?分子的相互作用机制。这项研究为金属有机骨架（MOF）在高效聚合物纳米孔结构发泡领域的应用提供了实验基础和理论支持。

图1 UiO-66-X合成示意图

图2 UiO-66-X微观形貌图

图3 XRD与FTIR测试

图4 不同发泡条件下PMMA纳孔发泡材料泡孔数据

图5 UiO-66-X成核效果测试

图6 UiO-66-NH₂与CO₂作用机理与密度泛函理论计算结果

  相关研究成果以“Polymeric Foams with Nanoscopic Cellular Structures Facilitated by UiO-66-X as High-Efficiency Nucleators”为题发表在ACS applied polymer materials（2025，10.1021/acsapm.5c00528. 20250430）期刊上，该研究工作得到国家自然科学基金的自主支持。

  论文信息：

  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.

  论文链接：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acsapm.5c00528