引言
缓解气候变化已成为一个关键的全球目标，推动了限制二氧化碳（CO2）排放的诸多努力。在各种缓解策略中，碳捕获技术被视为减少难以减少排放源排放的关键工具[1,2]。在现有的碳捕获方法中，基于膜的分离技术因其低能耗、连续运行以及与集成工艺设计的良好兼容性而成为一个有吸引力的选择[[3], [4], [5], [6]]。这些优势使膜技术成为可扩展且节能的二氧化碳（CO2）捕获的有希望的候选者。
基于硅的聚合物，特别是聚二甲基硅氧烷（PDMS），由于其出色的气体渗透性、化学稳定性和宽广的操作温度范围（约100°C至200°C）[7]，在基于膜的分离二氧化碳（CO2）应用中发挥着核心作用。这些特性使PDMS成为薄膜复合（TFC）膜中的主要材料，以及在高湿度或化学腐蚀性环境下需要高二氧化碳（CO2通量的应用中的首选。在商业上，PDMS也因其亲有机性质和符合法规要求而广泛用于分离挥发性有机化合物（VOCs）和碳氢化合物（hydrocarbons）与氮气（N2）。然而，尽管PDMS在商业上取得成功，但其分子筛分能力较弱。其类似液体的基质和极低的玻璃化转变温度（Tg约-123°C）导致链的高移动性和扩散系数，这些因素使其在气体分离中的选择性受到限制[8]。
为了解决这些局限性，人们探索了多种工程策略。这些策略包括优化TFC膜中PDMS选择性层的涂层参数[9,10]；将有机或无机填料（如沸石、碳纳米管（CNTs）、氧化石墨烯（GO）、金属有机多面体（MOPs）、多孔有机笼（POCs）或金属有机框架（MOFs）掺入混合基质膜（MMMs）[[11], [12], [13], [14], [15]]；以及通过丙烯酰氧基、乙烯基或硅烷基团引入化学交联以增强结构稳定性[[16], [17], [18]]。虽然这些方法可以限制链的移动性并提高机械强度，但它们通常会产生不可逆交联的热固性网络或复合结构，这些结构无法再加工、重塑或回收。因此，它们在可持续性和系统形态调节方面提供的机会非常有限。相比之下，开发能够保持有效二氧化碳（CO2/氮气（N2）分离性能的可再加工热塑性PDMS材料仍然非常有限，尽管这对环境负责任的膜技术来说非常重要。
一种有前景的可持续硅基膜发展途径是通过引入亲二氧化碳（CO2）功能团（如醚基、羰基或胺基）来在分子水平上调控PDMS，从而提高溶解选择性能。先前的研究已经制备了基于PDMS的共聚物，包括PEO-co-PDMS、PPO-co-PDMS和PI-co-PDMS[[19], [20], [21], [22], [23]]。然而，这些系统通常需要额外的处理步骤，例如在载体上涂层、整合到MMMs中或进行聚合后的交联，以实现实际的机械强度。因此，它们并没有解决创建可熔融处理、结构可调且可回收的PDMS基质这一根本挑战。超分子聚合物，特别是那些含有可逆氢键网络的聚合物，通过实现热塑性行为、动态物理交联和可调微相分离，提供了一个有吸引力的替代方案。
在这项工作中，我们介绍了一种热塑性共聚物平台——聚二甲基硅氧烷共聚物PDMS-co-DIMALONAMIDE（PDMS-co-PDMA），旨在克服传统PDMS膜的结构和可持续性限制。PDMA段包含多个羰基和酰胺基团，这些基团提供了密集的氢键位点，即使在相对较低的分子量下也能提供强烈的超分子相互作用[[24], [25], [26], [27], [28]]。我们先前的研究表明，马来酰胺具有高极性，特别是当PDMA具有梳状、分支或树状结构时。这样的结构能够实现多样化和可调的结构-性能关系[[29], [30], [31], [32], [33], [34]]。这些相互作用不仅限制了链的移动性并增强了PDMS基质的强度，还增强了与二氧化碳（CO2的偶极-四极相互作用，从而在不需要苛刻再生条件的情况下提高了二氧化碳（CO2的亲和力[[35], [36], [37], [38]]。通过将PDMA整合到PDMS主链中，所得共聚物形成了一个动态交联的、可熔融再加工且形态可调的硅基材料。这项工作确立了PDMS-co-PDMA作为下一代二氧化碳（CO2）分离膜的可回收和工程化准备平台，为克服长期的渗透性-选择性trade-off提供了途径，同时实现了可持续生产和生命周期结束时的回收。
