近年来,电活性离子交换材料(Electroactive ion exchange materials,EIXMs)因其独特的电控离子交换行为而受到广泛的关注。EIXMs主要包括无机金属铁氰化物以及有机导电聚合物。将EIXMs沉积到导电基体上并置入电解液时,通过施加电压调节此类材料的电化学氧化或还原状态可以实现其可逆的充电和放电过程,同时,电解液中的离子将以置入或释放的方式来平衡EIXMs氧化或还原产生的过量电荷。基于这一独特的电控离子交换性能,EIXMs被广泛应用于能量储存、高附加值或毒性重金属离子的分离、环境和生物医学检测以及其他领域。随着能源危机和环境污染等问题的日益凸显,针对EIXMs的可控合成与应用备受关注。本论文首先采用一种新颖的单极脉冲电聚合(UPEP)方法可控合成出一种具有高稳定性的导电聚吡咯(PPy),并考察了其超级电容性能。在此基础上,通过结合离子印迹技术,利用UPEP法可控合成出一系列针对不同价态金属离子(Ni2+、Y3+和Li+)具有选择性分离功能的EIXMs。PPy是一种典型的导电聚合物,在超级电容器领域具有重要的应用前景。然而,在经过多次反复充放电后,PPy会因体积溶胀,活性物质流失以及过氧化等因素使其电容量逐渐下降。本论文中首次采用新颖的UPEP法可控合成出一种具有高稳定性的PPy膜。通过红外图谱(FT-IR)、扫描电子显微镜(SEM)和接触角测试仪等手段对合成的PPy进行表征和分析,其结果表明:与恒电位法相比,UPEP技术可以有效地控制合成表面形貌均匀且非直链式结构低的PPy。在5 mV/s的扫速下,该PPy的比电容可以达到406.0 F/g;而且,通过50000次恒电流充放电之后,其容量仍然可以保持初始值的93.6%。重金属离子已经成为当前威胁人类健康的重要污染物之一。本研究采用upep技术合成出一种ni2+离子印迹的铁氰根/ppy(ni2+-fcn/ppy)复合膜,并将其应用于水相中重金属离子的分离与回收。在离子印迹聚合物的制备过程中,可以通过巧妙地应用电势振荡实现印迹离子的原位脱除。生成的ni2+-fcn/ppy复合膜对ni2+离子表现出电化学可控的快速吸脱附性能,在50s以内可以基本达到吸脱附平衡。同时,该复合膜针对ni2+离子的交换容量高达1.298mm/g,且经过1000次吸脱附测试后,其离子交换容量仍然可以保持初始值的93.5%。此外,ni2+-fcn/ppy复合膜对二元离子混合体系ni2+/ca2+,ni2+/k+和ni2+/na+的分离因子分别为6.3、5.6和6.2,表明该复合膜对ni2+离子具有优良的选择性。稀土元素被称为“工业维生素”,广泛应用于电子、石化、冶金及众多高新领域。随着稀土资源的不断消耗,有关稀土元素的高效清洁提取与循环利用具有重要的意义。本研究采用upep技术制备出一种y3+离子印迹的铁氰根/ppy(y3+-fcn/ppy)复合膜。研究表明:在fcn和ppy的双重推动力作用下,y3+-fcn/ppy对y3+离子表现出快速地电化学控制置入与释放。通过对比无离子印迹的fcn/ppy、ni2+-fcn/ppy以及y3+-fcn/ppy在硝酸钇溶液中的电控离子交换行为,表明水合y3+离子在被置入的过程中伴随结合水的脱除,其脱水数量与离子印迹孔穴的尺寸和结合位点的空间结构有关。一个水合y3+离子在置入ni2+-fcn/ppy和y3+-fcn/ppy复合膜中的脱水数量分别为1.0和4.6。此外,研究表明离子印迹复合膜在y3+离子置入时具有两个阶段。第一阶段为表层置入,第二阶段为被置入的y3+离子向印迹聚合物的内层扩散。随着全球锂离子电池市场的快速发展以及锂资源的不断消耗,从海水中提取锂离子成为缓解资源压力的重要研究方向。本论文中采用upep方法制备出一种HMn2O4/PPy/PSS复合膜并将其应用于水体系中Li+离子的分离与回收。结果表明:基于锂离子印迹法合成的尖晶石型HMn2O4对Li+离子良好的选择性,该复合膜对Li+离子表现出优良的电化学吸脱附性能。在不同金属离子的干扰下,HMn2O4/PPy/PSS复合膜对Li+离子表现出独特的识别能力。此外,在Li+离子浓度极低的水溶液中,HMn2O4/PPy/PSS对Li+离子仍然具有较强的离子选择能力,且电控离子交换过程不受溶液中阴离子变化的影响。