顆粒在線訊：近日，中國(guó)科學(xué)院大連化學(xué)物理研究所儲(chǔ)能技術(shù)研究部研究員李先鋒團(tuán)隊(duì)與分子反應(yīng)動(dòng)力學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室分子模擬與設(shè)計(jì)研究組研究員李國(guó)輝團(tuán)隊(duì)合作，在離子傳導(dǎo)膜材料的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與研究方面取得新進(jìn)展。該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)膜內(nèi)離子傳輸通道，實(shí)現(xiàn)了K+快速傳輸，并探究了膜結(jié)構(gòu)和離子傳輸機(jī)理。

　　具有快速離子選擇性傳輸能力的膜材料在工業(yè)分離、能源等應(yīng)用領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。這些應(yīng)用場(chǎng)景通常涉及從復(fù)雜混合物中分離特定離子，因而設(shè)計(jì)具有高效離子選擇性傳導(dǎo)的膜材料至關(guān)重要且頗具挑戰(zhàn)性。

　　本工作通過金屬離子與聚苯并咪唑的配位構(gòu)建了具有可控離子傳輸通道的膜材料。研究表明，Zn2+與聚苯并咪唑PBI配位得到均勻的聚合物配位網(wǎng)絡(luò)，形成連續(xù)的水通道，并暴露出更多的極性基團(tuán)，促使K+的快速傳輸。該團(tuán)隊(duì)通過分子動(dòng)力學(xué)模擬計(jì)算K+在聚合物網(wǎng)絡(luò)中的運(yùn)輸行為，揭示K+與聚合物鏈上的-N=相互作用，并靠近鏈段的含氧醚鍵，從而快速通過聚合物膜。同時(shí)，配位膜的自由體積增大，形成亞納米級(jí)分子通道。納米通道的物理約束和膜的靜電相互作用使K+在濃鹽和濃堿溶液中的遷移不受溶液濃度的影響，遷移數(shù)高達(dá)0.9，與陽(yáng)離子交換膜相當(dāng)。采用K+高效傳輸離子傳導(dǎo)膜組裝堿性鋅鐵液流電池，可有效緩解電池運(yùn)行過程由于鋅沉積帶來的離子強(qiáng)度失衡進(jìn)而導(dǎo)致水遷移的問題。本研究提供了通過金屬離子配位調(diào)節(jié)聚合物鏈結(jié)構(gòu)，進(jìn)而調(diào)控聚合物膜離子傳輸特性的策略，加深了科學(xué)家對(duì)金屬配位聚合物膜離子傳輸機(jī)制的認(rèn)知。

　　相關(guān)研究成果以Metal-coordinated polybenzimidazole membranes with preferential K+ transport為題，發(fā)表在《自然-通訊》（Nature Communications）上。研究工作得到國(guó)家自然科學(xué)基金和中科院電化學(xué)儲(chǔ)能技術(shù)工程實(shí)驗(yàn)室等的支持。

大連化物所設(shè)計(jì)開發(fā)出具有K+高效傳輸能力的離子傳導(dǎo)膜