離子傳輸膜是清潔能源技術(shù)的重要組成部分，例如CO2電解槽、水電解槽、燃料電池、氧化還原液流電池和離子捕獲電滲析。這些膜必須篩選出特定物質(zhì)以防止交叉，同時(shí)有效地傳導(dǎo)特定離子。

高分子材料具有成本低、制造可擴(kuò)展性和占地面積小等優(yōu)點(diǎn)，因此在實(shí)際模塊中主導(dǎo)了離子傳輸膜的使用。然而，現(xiàn)有的聚合物膜面臨著普遍存在的“電導(dǎo)率-選擇性”權(quán)衡：高導(dǎo)電性膜往往表現(xiàn)出低選擇性，反之亦然。這種權(quán)衡在開發(fā)滿足所需性能標(biāo)準(zhǔn)的膜材料方面提出了挑戰(zhàn)。

在26月<>日發(fā)表在《自然》雜志上的一項(xiàng)研究中，由中國(guó)科學(xué)院中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)(USTC)徐同文教授和楊正進(jìn)教授及其合作者領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)提出了一種新型離子交換膜——三嗪骨架聚合物膜，可以打破電導(dǎo)率與選擇性的權(quán)衡。

與傳統(tǒng)材料相比，三嗪骨架聚合物膜在抗溶脹和抗老化方面表現(xiàn)出顯著增強(qiáng)的能力，表現(xiàn)出極低的吸水溶脹率。其剛性通道確保了篩分的高選擇性，從而使活性材料的滲透率極低。

通過對(duì)剛性孔隙通道的化學(xué)性質(zhì)進(jìn)行適當(dāng)控制，研究人員觀察到全剛性三嗪框架聚合物膜(SCTF-BP)內(nèi)的近乎無摩擦的離子流，離子擴(kuò)散系數(shù)接近水中的值。這是通過剛性孔通道內(nèi)強(qiáng)大的微孔約束以及離子和膜之間的多重相互作用來實(shí)現(xiàn)的。

這些骨架膜既具有極低的活性材料滲透率，又具有超高的離子擴(kuò)散率，其優(yōu)點(diǎn)是作為離子傳導(dǎo)膜在2，6-二羥基蒽醌/K中的離子傳導(dǎo)膜4[鐵(中)6]水系有機(jī)氧化還原液流電池。該膜提供低至 0.17 Ω cm 的整齊區(qū)域比電阻2，因此能夠在 200 至 500 mA cm 的極端電流密度下實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的電池運(yùn)行-2，兼具高能效和高容量利用率。

這些數(shù)據(jù)與能源效率和容量利用率有關(guān)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了用商業(yè)膜和最先進(jìn)的離子篩膜組裝的相同電池的數(shù)據(jù)。

這項(xiàng)工作強(qiáng)調(diào)了次級(jí)相互作用對(duì)開發(fā)高性能離子傳輸膜的重要性。所提出的設(shè)計(jì)策略被認(rèn)為具有廣泛的應(yīng)用性，考慮了可用于構(gòu)建聚合物框架的有機(jī)反應(yīng)和功能單體的多種選擇，并根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求指導(dǎo)膜的適用性設(shè)計(jì)。