中科大本科生共同一作發Nature！
2023年4月26日，中國科學技術大學徐銅文/楊正金教授團隊與合作者在國際頂級學術期刊《Nature》上發表題為“三嗪框架聚合物膜內近無摩擦的離子傳導（Near-frictionless ion transport within triazine framework membranes）”研究。研究團隊針對離子膜普遍存在的“傳導性-選擇性”相互制約關系，提出一類新型三嗪框架聚合物離子膜。基于剛性通道的限域效應和通道內的“離子配位”機制，這類膜材料展示出了近無摩擦的離子傳遞，實現了水系有機液流電池快充，電池充放電電流密度達到500 mA/cm2，是當前普遍報道值的5倍以上。
國際頂級期刊Science?也對此發表了題為“New molecular membranes could slash costs for storing green energy”的評論報道。
中國科學技術大學化學與材料科學學院博士后左培培、英國愛丁堡大學葉純純和中國科大本科畢業生焦中任為論文的共同第一作者。該研究工作獲得了國家重點研發項目、國家自然科學基金和中國博士后科學基金等項目資助。
離子膜是水電解槽、燃料電池、氧化還原液流電池和離子捕獲電滲析等相關過程的關鍵部件。離子在膜內的傳遞效率取決于離子跨膜的能壘，因此，在膜內構筑高效離子通道、降低離子跨膜傳遞能壘是開發高性能離子膜的關鍵。以美國杜邦公司Nafion膜為代表的“微相分離”離子膜具備尺寸寬的離子通道，能高效傳導離子，但離子通道吸水后易溶脹，導致膜機械強度下降、選擇性/阻隔性降低，因而適用于對選擇性/阻隔性要求不高的應用。自具微孔離子膜通過半剛性高分子鏈無法有效堆疊而在膜內形成微孔通道，膜內微孔的尺寸篩分效應提高離子選擇性、豐富的孔道提高小尺寸離子的傳遞效率；但膜內高分子鏈半剛性的特性可能導致自具微孔離子膜應用過程中的老化。因此，如何在膜內構筑全剛性限域微孔并調控離子與通道的相互作用，從而逼近離子傳導速率的極限，是開發新一代離子膜的關鍵。
研究團隊經過長期研究積累和大量實驗探索，設計了一類新型的“微孔框架聚合物離子膜”，提出了剛性微孔通道內“離子配位”機制，實現膜內近似無摩擦的離子傳導和水系有機液流電池的快充。
論文匿名評審人評價：“這種陽離子膜在液流電池中展示出了非凡的性能，其對基于分子型活性物質的水系液流電池研究體系，具有重要的借鑒意義。毫無疑問，與迄今為止使用的最好的膜相比，此類陽離子膜的性能顯著提高。”“讓人驚嘆的是，在這種具備剛性限域離子通道的膜內，鈉離子的擴散系數接近在水中的狀態。”
《Science》記者Bob Service致信要求采訪也談及：“我們寫過很多關于電池、電解槽和其他需要離子傳輸膜的設備的故事。您們的新工作看起來可能會影響其中的許多研究領域，并可能影響許多技術。因此，我有興趣寫一篇關于這篇研究工作的新聞報道。”報道已于4月26日發表在science網站，題為“New molecular membranes could slash costs for storing green energy”。
New ion-transporting membranes could revolutionize green energy devices.XING DING AND ZHENGJIN YANG??圖源science
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41586-023-05888-x
science評論報道：
https://www.science.org/content/article/new-molecular-membranes-could-slash-costs-storing-green-energy
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