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通过聚合物膜中的水合微孔进行选择性离子传输
离子导电聚合物膜在许多分离过程和电化学设备（包括电渗析）中是必不可少的、氧化还原液流电池、燃料电池和电解槽.控制这些膜中的离子传输和选择性在很大程度上取决于孔径的控制。尽管膜孔结构可以在干燥状态下设计，由于电解质溶液中的溶胀，它们在水合时被重新定义。
控制孔隙水合作用的策略和更深入地了解孔隙结构演变对于准确的孔径调整至关重要。在这里，我们报道了包含不同疏水性的悬垂基团的聚合物膜，这些侧基被战略性地放置在带电基团附近，以调节其水合作用能力和孔隙膨胀。水合微孔尺寸（小于 2 纳米）的调制可以直接控制宽长度尺度上的水和离子传输，如光谱和计算方法所量化的那样。离子选择性提高了由更疏水的悬垂基团形成的水合作用抑制孔隙。与传统膜相比，这些高度互连的离子传输通道具有可调节的孔径，显示出更高的离子电导率和低几个数量级的氧化还原活性物质渗透率，从而能够稳定循环能量密集的水性有机氧化还原液流电池。这种孔径定制方法为具有精确控制的离子和分子转运功能的膜提供了一条有前途的途径。
主要
商用离子交换膜，如 Nafion和磺化聚（醚醚酮）（sPEEK）具有复杂的微相分离结构，其中离子畴在水合时形成纳米级水通道。这些通道的结构定义不明确，导致离子传输的电导率和选择性之间普遍存在权衡。具有本征腔体的微孔材料，特别是具有本征微孔性 （PIM） 的可溶液加工聚合物和聚苯，显示出作为高性能膜的潜力，但仍然存在性能限制.尽管电荷中性 PIM 保留了适合选择性离子传输的孔径，但它们通常表现出中低离子电导率.通过引入带电基团来提高 PIM 中的电导率通常会导致孔隙过度膨胀，从而降低离子选择性.
克服电液流电池测试
关键挑战是如何调节孔隙水合作用以在水合膜中产生适当的孔径。将磺酸盐基团限制在刚性、无定形框架中，可显著减少溶胀并增强离子-孔相互作用，从而实现近乎无摩擦的离子传输.结晶材料，如金属和共价有机框架和多孔有机笼，由于其受限、有序的孔隙，因此具有优异的离子选择性。然而，将这种纳米约束方法转化为线性聚合物仍然具有挑战性，因为线性聚合物更容易溶胀，但具有有利的固溶加工性。
