清华大学,Nature!
纳米人
2026-06-22 12:00
文章摘要
本文针对阴离子传导膜在能源转换设备中存在的传统设计导致离子传输效率低、机械性能差以及电导率与离子交换容量之间难以平衡等关键问题,提出了一种基于葫芦脲(CB)与季铵化聚(哌啶-三苯基)(QPPT)共组装的超分子策略。研究背景指出,传统微相分离形成的随机亲水通道在高电流密度下能量损失大,而现有造孔策略难以同时实现精确结构控制与良好机械韧性。研究目的在于通过主客体相互作用构建均匀、动态的纳米孔网络,以克服上述限制。结论表明,该策略成功在1.1 nm尺度上构筑了机械强度高(拉伸强度达76.2 MPa)、化学稳定性优异的纳米孔膜。动态的主客体相互作用使孔壁在皮秒级波动,这种瞬态环境支持氢氧根离子通过格罗特斯机制进行低摩擦迁移,在80 °C下电导率突破222 mS cm⁻¹。在碱性水电解应用中,该膜在2.04 V下电流密度达12.5 A cm⁻²,产氢纯度超过99.99%,且稳定运行超1600小时。本研究为分子工程传输路径提供了新工具,有望推进电化学反应器的能量效率与稳定性。
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