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離子交換薄膜是一種部分滲透薄膜材料，能夠對陽離子或陰離子進行選擇性的輸送，離子交換膜在脫鹽、廢水處理、能源轉化與存儲等領域具有廣泛應用。聚（芳基哌啶鎓）（Poly(aryl piperidinium)）膜材料是具有前景的下一代陰離子交換膜，這種膜材料具有非常高的化學穩定性，但是離子導電性仍需要進一步改善。

有鑒于此，中國科學技術大學徐銅文教授、葛曉琳研究員等設計枝狀的微孔聚（芳基哌啶鎓）膜，這種膜具有超高的Cl^-導電性（120 mS cm^-1, 80 ℃），優異的機械穩定性和化學穩定性以及溶劑處理能力。

本文要點

(1)

這種枝狀聚（芳基哌啶鎓）膜的關鍵設計是使用立體結構扭曲的螺雙芴單體分子控制枝狀分子鏈的拓撲結構和方向，從而能夠在剛性和柔性之間均衡。松散的分子鏈結構能夠降低離子分解和擴散的能壘，而且能夠通過膠體方法處理得到大面積的膜材料。

(2)

將這種膜應用于氧化還原流動相電池，能夠在400 mA cm^-2電流密度得到破紀錄的性能。這項研究發展了一種高性能膜材料，為可持續發展提供幫助和支持。

參考文獻

Zhang, H., Xu, W., Song, W. et al. High-performance spiro-branched polymeric membranes for sustainability applications. Nat Sustain (2024). 

DOI: 10.1038/s41893-024-01364-0

https://www.nature.com/articles/s41893-024-01364-0