2023-04-27 09:56 来源：中国网·中国发展门户网

中国网/中国发展门户网讯 近日，中国科学技术大学徐铜文教授、杨正金教授团队与合作者设计了一类新型离子膜——微孔框架聚合物离子膜，解决了离子膜材料“传导性-选择性”相互制约的难题，4月26日，该研究成果发表在国际学术期刊《自然》上。

徐铜文教授、杨正金教授团队照片

在离子膜内构筑“高效通道”

离子膜指含功能基团的、对溶液里的离子具有选择透过能力的高分子膜，在清洁能源、节能减排、能量转换与储存等方面有着广泛的应用前景。离子膜是液流电池、燃料电池等电化学器件或装备的关键部件，既要阻隔正负极间活性物质、防止短路，又要保证离子在充放电过程中高效通过、减少损耗。“就像用筛子筛沙，最好的筛子是阻隔粗沙（选择性）、筛选细沙并使其快速通过（传导性），但是筛子孔小的，粗沙过不去、细沙流得也慢（传导性差）；筛子孔大的，粗沙细沙都能过去（选择性差）。”该成果第一作者、徐铜文团队博士后左培培这样比喻。而传统的离子膜材料，用于传导离子的通道不够“坚固”，长时间使用后,结构会发生老化,从而导致性能下降，存在“传导性-选择性”相互制约、不可兼得的难题。离子膜的研究重点，就是如何在膜内构筑仅允许“细沙”快速通过的高效通道。

徐铜文团队创新性地设计了一种具有贯通亚纳米离子通道的微孔框架离子膜材料，解决了传统离子膜材料中离子通道老化和吸水溶胀问题；此外，团队在通道壁面进行了化学修饰，使离子在膜内的扩散系数接近在水中的状态，实现近乎“零摩擦”的传导，从而打破了传导性和选择性间的相互制约关系。该成果涉及的微孔框架离子膜的设计理念，还可拓宽至其他功能化框架聚合物膜，并以此为基础进行高性能膜材料的定向设计。

据介绍，此类离子膜有望实现国产聚合物离子膜的“弯道超车”，为实现国家“双碳”目标和可持续发展提供技术支撑。基于该核心成果，课题组“水系有机液流电池组”研发团队聚焦新兴大型储能技术，与光伏发电强强联合，有望解决太阳能、风能发电的间歇性问题；项目孵化的特种离子膜产品也即将问世，并推向市场。

成果背后的人才培养

深耕离子膜研究近三十载，徐铜文团队发表有关“膜”的论文达到500多篇，已跻身世界离子膜材料研究第一梯队。申请国内外发明专利100余项，获得授权95项。目前，徐铜文的研究团队中，有7位年轻骨干、9位博士后、六十余名研究生。徐铜文根据各自特点，将他们分成7个研究小组，分别攻克离子膜材料制备、孔道调控、表征、膜过程和模拟等不同方向。

团队核心成员杨正金介绍，自己根据徐铜文的建议，在选择国外继续学习专业时，从多孔材料研究转向学习有机液流电池技术。学成后，杨正金将当时国际上最先进的有机液流电池技术带回中国。杨正金小组集中精力进行水系有机液流电池专用离子膜的科研攻关，为了做出传导性强、选择性好的离子膜材料，团队历时三年潜心研究，花了近两年时间进行论文撰写、修改以及补充科学证据，“徐老师带着我们，将论文前前后后修改了40余遍，反复推敲原理的创新性”，研究成果最终获得了编辑和审稿人的认可。

多年来，徐铜文培养了众多优秀人才。截至目前，他指导研究生和博士后150余名，本科生毕业论文80余名。他曾写下：“制备膜，精益求精又柔又韧；塑造人，胸怀远大能屈能伸；兴科技，学以致用为国为民；创效益，腾飞中华强国为魂。”

【责任编辑：刘梦雅】

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