综述：乳液模板法：大孔聚合物创新设计的DIY多功能平台

这篇综述系统阐述了乳液模板法（emulsion templating）在制备高孔隙率、大孔（macroporous）聚合物中的创新应用。通过调控乳液类型（W/O、O/W等）、稳定策略（Pickering、表面活性剂等）、聚合机制（FRP、ATRP、RAFT等）和交联方式，该方法能精准设计具有分级孔结构（micro/meso/macroporous）的材料，广泛应用于组织工程、控释载体（controlled release）、传感器（H2 光催化微反应器）等领域，其“DIY”特性为多学科交叉研究提供了广阔空间。

　　

Abstract

多孔聚合物在吸附、组织工程、膜分离和形状记忆泡沫等领域具有重要应用价值。乳液模板法通过在外相（EP）中聚合后去除内相（IP），可制备孔隙高度连通的大孔聚合物整体材料。尽管该方法看似简单，但其参数空间庞大，能通过灵活选择乳液类型、稳定策略、聚合机制和交联方式，实现对材料大分子结构和孔隙特性的精准调控。近年来，乳液模板法在光催化产H₂
、可拉伸电池离子导体等领域展现出突破性应用潜力。

Introduction

多孔聚合物根据孔径可分为微孔（<2 nm）、介孔（2-50 nm）和大孔（>50 nm）。传统制备方法包括大分子设计、自组装和致孔剂法等，而乳液模板法因其可制备高内相乳液（HIPEs，IP>74 vol%）而备受关注。HIPEs聚合后形成的“窗口结构”（100 nm-5 μm）赋予材料优异的流体渗透性。扫描电镜（SEM）分析显示，乳液模板法能精确复制乳液液滴形态，形成孔径均一的多级孔结构。

Emulsion types

乳液模板法的核心在于乳液类型选择：

• W/O乳液：传统用于疏水聚合物，如通过自由基聚合（FRP）制备聚苯乙烯泡沫。
• O/W乳液：适用于亲水材料，如聚丙烯酰胺水凝胶。
• Pickering乳液：利用纳米颗粒（如SiO₂
  ）稳定界面，避免表面活性剂残留。
• 多重乳液：W/O/W或O/W/O结构可制备更复杂的层级孔道。

Stabilization strategies

乳液稳定性依赖以下策略：

• 表面活性剂：如Span 80用于W/O体系，但可能影响生物相容性。
• 纳米颗粒：Pickering乳液通过物理吸附实现长期稳定。
• 聚合物稳定剂：如两亲性嵌段共聚物（BCPs）可同时参与聚合。

Polymerization reactions

聚合机制决定材料性能：

• 自由基聚合（FRP）：简单高效，但可控性差。
• 可控聚合（CRP）：如原子转移自由基聚合（ATRP）和RAFT可精确调控分子量。
• 开环聚合（ROP）：适用于聚酯类可降解支架。

Crosslinking strategies

交联是保持多孔结构的关键：

• 化学交联：如二乙烯基苯（DVB）可提高玻璃化转变温度（T_g
  ）。
• 物理交联：氢键或结晶区适用于弹性体。

Post-synthesis modification

后修饰拓展应用场景：

• 表面改性：等离子体处理引入羧基以增强细胞粘附。
• 功能填充：如将金属有机框架（MOFs）嵌入孔道提升催化效率。

Perspectives and prognostications

乳液模板法的未来将聚焦于：

• 绿色化学：开发水性体系和生物基单体。
• 智能化设计：结合计算模型优化孔结构。
• 跨学科应用：如柔性电子器件和仿生器官。

该技术凭借其“模块化”特性，将持续推动多孔材料领域的创新浪潮。