离子传导聚合物膜在许多分离过程和电化学装置中都是必不可少的，包括电渗析、氧化还原液流电池、燃料电池和电解槽。控制这些膜中的离子传输和选择性在很大程度上取决于孔径的操纵。尽管膜孔结构可以在干燥状态下设计，但由于电解质溶液中的膨胀，它们在水合作用后被重新定义。控制孔隙水化的策略和对孔隙结构演变的更深入理解对于精确调整孔径至关重要。

日前，研究人员报告了含有不同疏水性侧基的聚合物膜，这些侧基战略性地位于带电基团附近，以调节其水合能力和孔膨胀。调节水合微孔尺寸（小于2纳米）可以直接控制水和离子在宽长度尺度上的传输，如光谱和计算方法所量化的。 在由更多疏水侧基形成的水合抑制孔中，离子选择性得到改善。与传统膜相比，这些高度互联的离子传输通道具有可调的孔栅尺寸，显示出更高的离子电导率和更低的氧化还原活性物种渗透速率，使能量密集的水性有机氧化还原液流电池能够稳定循环。这种孔径定制方法为具有精确控制的离子和分子传输功能的膜提供了一条有前景的途径。

相关研究以题为Selective ion transport through hydrated micropores in polymer membranes发表于Nature。

论文链接：

https://www.nature.com/articles/s41586-024-08140-2

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图1. 高选择性离子交换膜结构设计

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图2. 膜内纳米通道结构研究

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图3. 膜内水和离子传递特性

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图4. 液流电池性能

本文来自微信公众号“材料科学与工程”。