多孔聚合物材料因为具有可精确控制的孔隙率、高的比表面积和机械强度以及密度可调等优势,受到越来越多的关注,广泛应用于催化剂载体、吸附分离、组织工程、智能材料、环境科学、传感基质等多个领域。因此,多孔聚合物材料的高效制备,具有重要的科学意义和社会价值。经过近二十年的潜心研究,作者所在课题组发展了一种以凝胶乳液为软模板制备多孔聚合物材料的方法。相比于传统硬模板法,基于凝胶乳液的软模板法不需要牺牲模板且有利于大规模制备。此外,制备过程绿色环保、操作简单,在功能性多孔聚合物材料制备中表现出极大的优势。凝胶乳液（gel-emuslions）是由稳定剂（stabilizer）、连续相（continuous phase）与分散相（dispersed phase）组成的凝胶状软物质。传统凝胶乳液分散相体积分数常常须大于74%（此值是单分散无形变球体最密堆积的临界体积分数）,该类凝胶乳液体系具有特别典型的双泡沫结构、粘弹性流变学性质以及剪切触变性。稳定剂对凝胶乳液的稳定存在有决定性作用,传统的稳定剂主要包括表面活性剂和固体微纳米颗粒。针对传统稳定剂存在的用量大、去除困难、污染环境和易发生相反转等问题,作者所在课题组首次提出以小分子胶凝剂（LMMGs）为稳定剂来制备凝胶乳液。以小分子胶凝剂作为凝胶乳液稳定剂具有明显的优势,例如添加量较少,仅为连续相的～2%（w/v）,分散相体积分数不受74%的限制,体系组成大幅可调等。尽管以小分子凝胶剂为稳定剂的凝胶乳液存在很多优点,但是在放大制备实验中,该类凝胶乳液也表现出稳定剂合成周期长、成本高等不足。因此,急需发展高效、廉价、易于商品化的凝胶乳液稳定剂。在文献调研和实验室工作的基础上,我们发现小分子胶凝剂之所以能突破传统凝胶乳液的限制且用量低,主要得益于小分子胶凝剂优异的胶凝性能。通常,在小分子胶凝剂稳定的凝胶乳液制备过程中,先将有机相胶凝,使其形成透明或白色凝胶,然后通过高速剪切作用力将水相包裹,从而使两相融合形成凝胶乳液。基于这一启发,我们考虑能否借鉴小分子胶凝剂的稳定机制,通过配方优化或成胶工艺改进,利用商品化的传统稳定剂（表面活性剂和微纳米颗粒）来制备高性能功能化凝胶乳液。这样,得到的凝胶乳液将有望兼具小分子胶凝剂凝胶乳液和传统凝胶乳液的优点,同时可以避免复杂的有机合成步骤。因此,本学位论文通过配方优化及成胶工艺改进,利用传统稳定剂成功开发了一系列性能优异的功能性凝胶乳液。其中,稳定剂添加量仅为连续相的0.5%-1%左右,并且突破了分散相体积分数必须大于74%的限制。利用所得凝胶乳液为模板,制备得到了多种低密度多孔聚合物材料,深入探索了这些材料在3D打印、光热转化及荧光衬底等方面的应用。主要内容如下:第一部分:基于二氧化硅纳米颗粒的凝胶乳液及其应用。我们在研究中发现二氧化硅纳米颗粒可以将有机相胶凝,形成稳定的有机凝胶。因此,参考小分子胶凝剂凝胶乳液的制备策略,我们在高速剪切条件下向基于二氧化硅有机凝胶中逐滴加入蒸馏水,通过有机凝胶对水的不断包裹使体系形成凝胶乳液。实验发现,内相体积分数为4.8%～80.3%时,体系均可形成凝胶乳液,该凝胶乳液突破了传统内相体积分数必须超高74%的限制。进一步以所制备凝胶乳液为软模板,制备得到了一系列强度和内相结构大幅可调的多孔聚合物材料。材料结构可从完全闭孔到高度开孔之间进行大范围调控,密度调控范围为0.19～0.96 g·cm-3,压缩强度调控范围可从几个MPa到100 MPa。通过优化稳定剂含量和分散相体积分数,制备了在低剪切速率下具高粘弹性的凝胶乳液。利用这种特殊的凝胶乳液,基于直接书写式的3D打印技术及后续聚合,得到了多种复杂的三维结构。显微结构研究表明,材料内部呈现层次化多孔结构,具有高效的能量耗散能力和良好的吸声性能,特别是对低频声波表现出突出的吸收能力,有望作为特种吸声材料获得应用。第二部分:基于传统非离子型表面活性剂Span 80的W/O型凝胶乳液。研究发现,通过在油相中引入适量的三官能团或四官能团助交联剂,以少量表面活性剂（约为连续相的1%）为稳定剂就可以获得分散相体积分数不受74%限制的凝胶乳液。以该凝胶乳液为软模板,通过聚合制备出了一系列结构、强度、密度及导热系数等均可大范围调控气凝胶。其中,密度为0.035 g·cm-3的疏水气凝胶不但具有良好的力学强度和低的导热率（0.032 W·m-1·k-1）,而且可以高效去除油/水混合物中的有机液体。利用碳化后的气凝胶和原始气凝胶为核心材料,成功搭建了高效太阳能蒸发净水装置。实验室25升放大制备条件下,气凝胶原料成本可控制在0.43美元每升,经济性突出。第三部分:基于凝胶乳液软模板法制备新型多孔聚合物气凝胶。该多孔聚合物材料的主骨架是以苯乙烯为单体,二乙烯基苯为交联剂形成的三维网络结构。考虑到太阳能驱动的界面蒸发系统的效率强烈依赖于光吸收、热局域化和水输送三个要素。为此,以凝胶乳液模板法设计制备了具有丰富孔结构的聚苯乙烯气凝胶,经过控制碳化,得到了亲水碳气凝胶。由此搭建了一个高效的太阳能驱动净水和发电集成系统。研究结果表明,在1个太阳光强（1 kW/m2）下,蒸发效率可达2.1 kg·m-2·h-1;光照强度为4 kW/m2时,产电效率可达66 W/m2。第四部分:基于新型高分子表面活性剂的设计合成及W/O/W多相乳液的制备。在该部分工作中,我们通过一锅法设计合成了一种结构新颖的高分子表面活性剂,利用其独特的化学结构（亲疏水官能团）经一步乳化法得到W/O/W多相乳液。进一步聚合所得乳液,得到了高度开孔的聚合物微球。所获微球的孔隙率可通过稳定剂的含量进行大幅调控。以制备得到的多孔微球担载不同发射波长的六种荧光物质,构建了一系列发光性能优异的荧光微球。对比实验表明,同等条件下,荧光微球的荧光强度较荧光化合物固体高出几十倍。同时,光化学稳定性也大幅度提高。以六种多孔荧光微球构建荧光传感阵列,实现了醇、胺、烷烃等常见易挥发性有机污染物（VOCs）的区分检测。