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聚合物刷是高分子链一端连接到材料表界面上的高密度组装体。鉴于聚合物成分与结构的丰富性，聚合物刷可极大丰富表/界面的物理化学性质，已发展成为科研工作者调控材料表面微纳结构与功能的有效手段。在过去的20年中，关于聚合物刷的研究迅速发展，为人们控制材料和周围环境的相互作用提供了一种新的选择，吸引了包括化学家、物理学家、生物学家、材料学家等的广泛关注。聚合物刷的一个重要特点是接枝聚合物链可控和较高的堆积密度，这通常会赋予材料表面一些新的特性例如微结构、亲/疏水性、抗腐蚀性、生物活性/惰性、材料间的相容性等。因此，开发简便高效的表面聚合方法、明确聚合物刷拓扑结构和性质之间的关系、探索聚合物刷的新功能，有利于发展新的具有光、热、电、磁和刺激响应特性的功能高分子材料，是高分子表界面研究的核心内容。本文从聚合物刷的拓扑结构设计出发，发展了几种表面引发聚合新方法，成功在材料表面构建了线性聚合物刷和具有瓶刷结构的聚合物刷，探索了具有不同拓扑结构的聚合物刷在催化、分离、光动力疗法以及纳米材料制备等方面的应用，本论文具体包括以下几个方面: 1.基于金属-有机框架(MOFs)基底，建立了一种简便高效制备聚合物刷新方法。利用紫外光引发接枝聚合，直接将聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸二甲基氨基乙酯、聚甲基丙烯酸聚乙二醇酯聚合物刷修饰到MOFs纳米粒子和MOFs薄膜表面。通过红外光谱、X射线衍射、扫描电镜、透射电镜、原子力显微镜等对制备聚合物刷的结构与表面形貌进行了系统表征，证实了紫外光引发表面接枝聚合反应的成功进行。通过核磁共振氢谱、X射线光电子能谱、凝胶渗透色谱等揭示了紫外光引发接枝聚合的机理。成功利用聚合物刷修饰的MOFs吸附有机染料分子。 2.基于纤维素纳米晶(CNCs)基底，建立了一种简便高效制备聚合物刷新方法。利用紫外光引发接枝聚合方法直接将聚甲基丙烯酸甲酯、聚苯乙烯、聚（2-异丙烯基-2-噁唑林）和聚甲基丙烯酸琥珀酸羟乙酯聚合物刷接枝到粒子表面。通过聚合后修饰的方法，将染料氟硼吡咯二甲川(BODIPY)分子负载到聚合物刷上，实验表明所得纳米杂化材料具有较高的可见光催化氧化活性，在催化苯甲硫醚转化为苯甲亚砜中显示出高的催化效率和选择性，经多次循环重复使用，催化剂的流失比重很小并仍保持较高的催化活性。 3.基于纤维素纳米晶(CNCs)基底，建立了一种制备瓶刷状聚合物刷新方法。利用紫外光引发接枝聚合接枝聚（2-异丙烯基-2-噁唑啉）聚合物刷骨架，再利用2-噁唑啉活性阳离子开环聚合接枝聚（2-噁唑啉）侧链。通过瓶刷侧链末端哌啶阳离子与近红外光热分子吲哚菁绿(ICG)之间的静电相互作用将其吸附到聚合物刷层之中。研究表明聚（2-噁唑啉）瓶刷状聚合物刷能够显著提高ICG的光热稳定性，且可以通过变换侧链取代基的种类对ICG的光热稳定性进行调控。所制备材料毒性低，在近红外光照下对癌细胞具有良好的杀伤效果，为现有的癌症光热疗法提供一种新的选择。 4.开发了一种基于受阻Lewis酸碱对催化的表面引发接枝聚合(LP-SIP)新方法。合成了带有氮杂环烯基团的自组装单层膜和线型聚合物刷，其与Al(C6F5)3联用可催化单体聚合，获得相应的线性聚合物刷和瓶刷状聚合物。考察了瓶刷状聚合物刷侧链聚合增长动力学，结果显示LP-SIP具有活性高/可控的特点，适用于一系列极性单体聚合，有望用于其它功能型聚合物刷的制备。 5.开发了一种利用聚合物刷为模板制备超小MOFs的新方法。利用聚合物刷作为受限环境，通过简单地调节聚合物刷的结构参数和成核时间，在聚合物刷层中可控制备尺寸从20nm至1.4μm的MOFs。该方法不仅适用于经典MOF-5和MIL-125纳米球的制备，还有望用于其他MOF纳米球的可控制备。