离子膜材料化学

我国离子膜起步较晚，关键材料和膜制备技术长期受到日美等国家的技术封锁和垄断；现有离子膜性能无法满足能源电化学过程的应用需求，离子膜传导性与选择性之间普遍存在相互制约关系，亟需开展离子膜材料的分子创制和离子膜材料的功能调控，建立离子膜材料的先进表征技术，突破现有材料的性能极限和功能制约，发展变革性和颠覆性技术。

研究方向：

（1） 离子膜的制备及应用

（2） 特种离子膜材料

（3） 自聚微孔离子膜

（4） 受限空间内离子的传递及表征

研究内容：

面向分子分离和离子分离，开发自具微孔高分子及隔膜；通过利用自具微孔聚合物膜中分子、离子的限域传递，切实提升能源、资源和环境相关膜过程的性能，解决重大应用问题。面向可再生能源，开展水系有机液流电池、燃料电池研究，开发高温燃料电池隔膜、水系有机液流电池电活性分子及离子传导膜。

通过在以上自具微孔聚合物材料、限域离子膜、水系有机液流电池和高温燃料电池等方向开展具体深入的研究，突破离子传递的 Trade-off 效应，制备出系列具有高选择性、高离子传导性的自具微孔离聚物膜，突破高温质子膜的质子传递机制，开发高性能高温质子膜，大幅提升盐湖提锂、特种离子分离、燃料电池和水系有机液流电池等过程的关键性能。

案例1：通过商业化单体的超酸催化聚合和磺化反应简便地制备了自具微孔聚合物阳离子交换膜，离子在受限空间内特殊的传质现象使膜兼具优异的电导率和高选择性。膜能高效稳定地驱动能源转化和储存装置，应用于水系有机液流电池和燃料电池中，功率和能量效率相比商业膜得到了大幅提升。（Sulfonated Microporous Polymer Membranes with Fast and Selective Ion Transport for Electrochemical Energy Conversion and Storage - Zuo - 2020 - Angewandte Chemie International Edition - Wiley Online Library）

案例2：提出了一类新型三嗪框架聚合物离子膜。基于刚性通道的限域效应和通道内的“离子配位”机制，这类膜材料展示出了近无摩擦的离子传递，实现了水系有机液流电池快充。（Near-frictionless ion transport within triazine framework membranes | Nature）