高分子基杂化膜(Polymer-basedhybridmembrane)的温和、可控制备与高效传质是膜与膜过程领域的前沿。本论文提出基于生物粘合,仿生自组装和双模板等仿生和生物启发平台工具制备在微米、纳米和分子尺度具有多功能的填充物;考察杂化膜内填充物与高分子链间的相互作用,填充物与起反应选择性的促进传递子间的相互作用,以及促进传递子与目标渗透物间的相互作用;探索高分子-填充物多重作用对高分子链拓扑结构、自由体积和膜界面结构的调控;研究杂化膜的传质机理与分离特性,揭示杂化膜内多重作用、多级结构同溶解、扩散、反应选择性间的内在关系,探索多种选择性机制的集成优化;评价杂化膜对噻吩/正辛烷二元体系的分离性能和稳定性,分析杂化膜克服渗透性与选择性间Tradeoff效应的机制。　　首先,为研究杂化膜内多重作用调控对分离性能的影响,通过将负载过渡金属离子的多巴胺(Dopamine)纳米聚集体添加到聚二甲基硅氧烷(PDMS)高分子基质中制备出一系列杂化膜。利用dopamine将氢键,金属有机配位,和π络合等相互作用引入杂化膜,赋予杂化膜以适宜的自由体积特性,增强的链刚性和促进传递性能,从而同时提高膜的渗透性和选择性。膜内增强的结合能和链延展效应还显著提升了杂化膜的热力学和溶剂稳定性。　　其次,为研究杂化膜内多级结构调控对分离性能的影响,本研究在温和条件下,利用硬模板内表面偏析、生物粘合和矿化的协同作用合成了具有可控中空结构和介孔壁的微囊,填充到PDMS高分子基质中制备杂化膜。介孔壁微囊中的dopamine利用高分子桥接、氢键和π络合等相互作用优化了膜的自由体积特性,增强了链刚性,赋予了膜促进传递功能。介孔壁微囊的中空结构和介孔壁结构降低了膜的有效厚度,增加了渗透组分传递路径,从而降低了杂化膜的传质阻力,提高了膜内组分间传递的差异。杂化膜内的多重作用和多级结构调控同时提高了渗透性和选择性,并因内聚能的增强而显著提升了热力学稳定性。　　最后,为研究非对称结构填充物对杂化膜内多重作用和多级结构的调控,以及对多种选择性机制的影响,合成了一系列含dopamine和Ag离子的“两面神”纳米颗粒,填充到PDMS高分子基质中制备杂化膜。“两面神”纳米颗粒的非对称结构在膜内具有两个功能:利用多重作用赋予杂化膜以期望的链结构、适宜的界面形态和增强的链刚性,从而优化膜的多级结构;向膜内引入大量促进传递子,赋予膜优异的反应选择性。杂化膜内的多级结构调控和多种选择性机制集成同时提高了渗透性和选择性。此外,强、弱促进传递作用对膜反应选择性的协同强化效应通过在PDMS高分子内填充同时含有Ag和Ce离子的“两面神”纳米颗粒研究。因提供强促进传递作用的Ag离子和提供弱促进传递作用的Ce离子的协同,杂化膜的选择性大幅提升。杂化膜显示出了稳定的热力学和抗溶胀特性,主要源于增加的内聚能和链延展效应。　　本研究探索了多种制备高性能、高稳定性杂化膜的简便、高效、通用的方法,期望对能源和环境相关领域的研究工作起到一定的参考价值。