面對高端光學材料對“高透明-低折射率-高耐熱”的嚴苛要求，以及工業含油廢水治理對高效分離材料的迫切渴望，如何通過分子設計實現單一材料平臺的多功能集成，是高分子材料領域的一大前沿挑戰。天津大學潘莉教授團隊在《Chemical Engineering Journal》發表的最新研究中，通過釕催化開環易位聚合（ROMP）策略與氟代環烯烴單體的結構創新，成功制備了系列含氟環烯烴聚合物（F-COPs）（圖一）。該材料不僅實現了光學性能、熱穩定性與機械性能的協同優化，更能通過簡單一步浸漬工藝賦予多孔商用基材超疏水與高效油水分離功能。
圖1 含氟環烯烴聚合物的設計與合成
天津大學潘莉教授團隊在環烯烴單體的開發、環烯烴共聚物/聚合物（COC/COP）的設計合成與功能化方面深耕多年，積累了豐富的經驗及眾多研究成果（Chem. Eng. J. 2024, 494, 153256；Chin. J. Chem. 2025, 43(9), 983-994; Macromolecules 2023, 56(11), 4371-4385；Mat. Chem. Front. 2019, 3(3): 464-471）。本研究中，團隊進一步突破單體設計與聚合工藝瓶頸，以降冰片烯、四環十二碳烯衍生物為骨架，設計合成了系列氟代環烯烴單體，并通過ROMP聚合基后續氫化工藝，在單一體系實現了F-COPs氟含量可調、光學等物理性能的協同優化。
光學領域應用探索：盡管傳統聚四氟乙烯（PTFE）和聚偏氟乙烯（PVDF）具有高氟含量，但其顯著的結晶性卻嚴重制約了它們在高透明度光學材料中的應用。得益于環氟結構的設計，材料的無定形的特性為該新型含氟環烯烴聚合物在光學材料的應用提供了重要結構基礎。最終實現材料光學性能的定制調控：可見光區透光率> 90%，折射率（589 nm）實現1.4771~1.3939的連續可調，反射率< 2%，阿貝數> 60，有效滿足抗反射等光學涂層應用的需求（圖2；圖3；圖4）；
圖2 含氟聚合物的折光指數和阿貝數
圖3 含氟材料的抗反射性能及涂層應用
圖4 含氟環烯烴聚合物優異的透明性
超疏水性能與油水高效分離應用探索：憑借含氟材料固有的低界面能的特性，F-COPs 的另一突破性應用是作為超疏水功能涂層。傳統實現超疏水復合材料的構筑往往是借助低表面能材料結合納米粒子提供的多級微納粗糙結構，在本工作中通過一步浸涂工藝（含氟聚合物溶液）修飾商用聚氨酯（PU）海綿與棉織物，經浸漬處理后海綿和棉織物表面自發形成多級微納粗糙結構，最終實現超疏水、高效油水分離材料的構筑。
圖5 一步浸漬處理后材料表面形貌的變化
圖6 F-PU對非混相油水混合物的選擇性分離
相較于傳統的非混相油水混合物的分離，具有更小尺寸的油水乳液的分離一直是工業界的一個難點。在本工作中通過以F-cotton fibrics自制的多層疊加過濾層對實際油田生產廢水中的油水乳液進行分離處理，經處理后的C10-C40 烴類去除率達99.6%，濾液油含量低于國家排放標準（< 15 mg/L）。簡單便捷的浸漬處理工藝為該復合材料的實際工業應用提供了巨大潛力。
圖7 F-cotton fibrics對油水乳液的處理
本研究構建了涵蓋“分子設計—可控合成—結構調控—多場景應用”的完整體系，實現同一體系的跨領域應用，該研究不僅為高性能光學涂層和抗反射薄膜提供了理想材料平臺，也為復雜環境下油水乳液的高效分離提供了新材料解決方案。
該工作以“Multifunctional Fluorinated Cycloolefin Polymers: Efficient Synthesis, Tailored Properties, and Cutting-Edge Applications in Optical Clarity and Superhydrophobic Surfaces”為題發表在《Chemical Engineering Journal》（2025,523,168211）上。文章的第一作者是天津大學材料學院博士生丁營利，潘莉教授為通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金的支持，同時在此特別感謝中海油陳衛江、劉銘輝和王新樂專家在油水分離功能驗證以及實驗方面的幫助和指導！
原文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.cej.2025.168211
下載：論文原文。
