国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

繼2023年4月5日之后，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)又發(fā)Nature了啊，4月第2篇，今年第6篇(包括共同通訊單位)。

分離過程和電化學(xué)技術(shù)的提升，如水電解器，燃料電池，氧化還原流動電池和離子捕獲電滲析，依賴于低電阻和高選擇性的離子傳輸膜的開發(fā)。這些膜中離子的傳輸取決于整體的能量屏障，由孔隙結(jié)構(gòu)和孔隙-分析物相互作用的綜合相互作用所施加。

然而，設(shè)計(jì)高效、可擴(kuò)展和低成本的選擇性離子傳輸膜，以提供低能量屏障傳輸?shù)碾x子通道仍然具有挑戰(zhàn)性。

在此，來自美國猶他州立大學(xué)的T. Leo Liu和中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)的楊正金&徐銅文等研究者采用一種策略，利用共價鍵合的聚合物框架和具有約束性離子通道的剛性，使得大面積、獨(dú)立自立的合成膜中離子在水中的擴(kuò)散極限得以接近。相關(guān)論文以題為“Near-frictionless ion transport within triazine framework membranes”于2023年04月26日發(fā)表在Nature上。

選擇性離子傳輸膜是清潔能源技術(shù)的關(guān)鍵組件，包括大規(guī)模、高能效的分離和純化過程，以及各種電化學(xué)設(shè)備，如CO₂電解器和水電解器，H₂/O₂燃料電池，氧化還原流動電池，離子捕獲電滲析等。

在所有這些成熟和新興的電化學(xué)系統(tǒng)中，膜分離器通過傳輸離子并在兩個半電池中隔離電化學(xué)反應(yīng)，其效果取決于膜分離器能否進(jìn)行快速和選擇性的離子傳輸。亞納米尺度下的膜中離子傳輸取決于整體的能量屏障，這些能量屏障由自由體積空隙和孔隙-離子相互作用所決定。

因此，在電化學(xué)過程中構(gòu)建具有低能量屏障的離子通道對于高性能膜的開發(fā)是至關(guān)重要的。

在各種規(guī)模的實(shí)際模塊中，由于其低成本、制造可擴(kuò)展性和占地面積小等優(yōu)勢，聚合物材料在選擇性離子傳輸膜中占據(jù)主導(dǎo)地位。傳統(tǒng)的聚合物材料，如全氟碳Nafion和近期開發(fā)的碳?xì)浠衔锘垭娊赓|(zhì)，通過微相分離形成離子導(dǎo)電區(qū)域。

然而，這些區(qū)域定義不清，容易在水合作用后腫脹到幾納米大小，這可能有助于離子擴(kuò)散，但也導(dǎo)致了選擇性較差（圖1a等）。新興的觀點(diǎn)是限制孔隙體積空隙的尺寸，即增加聚合物骨架的剛性并減少聚合物段的熱運(yùn)動，以實(shí)現(xiàn)良好的尺寸選擇性，從而促進(jìn)離子的快速傳輸。

尤其是可溶液處理的半剛性聚合物材料（即固有微孔性聚合物，PIMs；圖1b）正逐漸成為下一代分子分離和離子傳輸膜，受益于尺寸排除引起的選擇性和自由體積引起的滲透性。

然而，這些半剛性、非網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的PIMs可能會老化，并且在含有高含量帶電功能基團(tuán)時，可能會經(jīng)歷嚴(yán)重的腫脹，導(dǎo)致選擇性下降。

在這里，研究者報(bào)告了一種新型的全剛性聚合物骨架膜，其中包含良好限定的離子通道（圖1c,d）。研究者的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)結(jié)合了以下兩種要素：(1) 在親疏水性骨架中將吸收的水隔離在微空腔中，從而在強(qiáng)大的亞納米尺度限制條件下促進(jìn)選擇性離子傳輸；(2) 通過離子與孔壁之間的多種相互作用，基于協(xié)同作用機(jī)制，使離子接近擴(kuò)散極限。

通過穩(wěn)健的微孔限制和離子與膜之間的多重相互作用，實(shí)現(xiàn)了近乎無摩擦的離子流動。例如，鈉離子的擴(kuò)散系數(shù)可達(dá)到1.18×10^?9?m²?s^-1，接近在無限稀釋下純水中的數(shù)值，并且膜的單位面積電阻僅為0.17?Ω?cm²。

研究者在快速充電的有機(jī)電化學(xué)流動電池中展示了高效的膜，其在極高電流密度下（高達(dá)500?mA?cm^-2）實(shí)現(xiàn)了高能量效率和高容量利用率，并且避免了交叉擴(kuò)散導(dǎo)致的容量衰減。這種膜設(shè)計(jì)概念可能廣泛適用于各種電化學(xué)設(shè)備和精確的分子分離應(yīng)用。

圖1. 具有不同離子通道的現(xiàn)有和擬議的離子選擇性聚合物膜的示意圖

圖2. 帶負(fù)電荷的CTF膜(SCTF)的表征

圖3. 離子在SCTF-BP膜上的傳輸

圖4. SCTF-BP膜實(shí)現(xiàn)堿性醌液流電池的快速充電

總之，研究者通過超酸催化的有機(jī)溶膠-凝膠過程，由具有不同電荷功能的芳香腈單體衍生的微孔型共價有機(jī)框架（CTF）膜，在一系列氧化還原化學(xué)反應(yīng)中實(shí)現(xiàn)了高性能的鋰空氣電池（AORFBs），這歸因于微孔結(jié)構(gòu)中陽離子擴(kuò)散的低能壘。

考慮到構(gòu)建共價有機(jī)框架的多種有機(jī)反應(yīng)和單體選擇，這種設(shè)計(jì)策略可能具有廣泛適用性。研究者預(yù)計(jì)，這些CTF膜將在鋰空氣電池以外的應(yīng)用領(lǐng)域發(fā)揮更大的潛力，例如在二氧化碳還原的電化學(xué)器件中。

雖然在SCTF-BP膜中觀察到了與三維納米通道潤濕性相關(guān)的局部無摩擦離子流現(xiàn)象，但需要進(jìn)一步調(diào)整CTF膜的結(jié)構(gòu)，以促進(jìn)長程離子擴(kuò)散，因?yàn)榭紫稄澢赡軐Υ水a(chǎn)生阻礙。

研究者在這里提出的概念將超快離子導(dǎo)電膜的潛力擴(kuò)展到無機(jī)微孔材料（例如沸石、碳納米管、石墨烯和MXenes）以外，并為依賴次級相互作用進(jìn)行精確分子分離的聚合物膜的發(fā)展提供了機(jī)會。

作者簡介

徐銅文，1989、1992獲合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)士和碩士學(xué)位，1995年獲天津大學(xué)博士學(xué)位，1997年南開大學(xué)博士后出站加入中國科技大學(xué)工作至今，期間先后在東京大學(xué)、東京工業(yè)大學(xué)、韓國光州科技研究所訪問研究。

目前為中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)二級教授，校特邀監(jiān)察員，民建科大支部主委，博士生導(dǎo)師，享受國務(wù)院政府特殊津貼；他先后入選教育部“長江學(xué)者”特聘教授，國家杰出青年科學(xué)基金獲得者，國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃首席科學(xué)家，國家百千萬人才工程，中科院王寬誠產(chǎn)研人才計(jì)劃，英國皇家化學(xué)會會士；目前擔(dān)任中國膜工業(yè)協(xié)會電驅(qū)動膜專委會主任， Journal of Membrane Science、Industrial Engineering & Chemical Research等10余種國際英文期刊的編輯/編委及《化工學(xué)報(bào)》等4種國內(nèi)核心期刊編委，曾擔(dān)任國家自然科學(xué)基金委員會第13-14屆化學(xué)工程學(xué)科評審組成員，高等學(xué)校應(yīng)用化學(xué)與化工基礎(chǔ)教學(xué)改革聯(lián)合協(xié)作組成員；在Adv Mater, Angew Chem Int Ed, J Am Chem Soc, Chem, Nat Commun, Energy environ sci, AIChE J等期刊發(fā)表論文450余篇（本領(lǐng)域TOP期刊J Membrane Sci~150篇，IF=8.742），SCI 他引17000+次(單篇最高引用1000+次)，H-因子69， 2014-2020連續(xù)七年入選Elsevier高被引作者名單。出版中文專著二部，主編英文專著3部，受邀撰寫中英文專著有關(guān)章節(jié)20余章。

獲得授權(quán)發(fā)明專利80余項(xiàng)，部分成果已經(jīng)推廣應(yīng)用。課題組已培養(yǎng)研究生和博士后130余名。以第一完成人身份獲得國家技術(shù)發(fā)明二等獎1次，省部級及行業(yè)協(xié)會一等獎4次、二等獎2次。他還先后獲得中國科大-唐立新優(yōu)秀學(xué)者獎、侯德榜化工科學(xué)技術(shù)（創(chuàng)新）獎、合蕪蚌自主創(chuàng)新綜合試驗(yàn)區(qū)創(chuàng)新人才獎、安徽省青年科技獎、全國優(yōu)秀化工科技工作者、中國科大海外校友基金會優(yōu)秀青年教師獎（現(xiàn)改名：海外校友基金會青年教師成就獎）、中國石油化工協(xié)會創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)獎等榮譽(yù)。

文獻(xiàn)信息

Zuo, P., Ye, C., Jiao, Z.?et al.?Near-frictionless ion transport within triazine framework membranes.?Nature?(2023). https://doi.org/10.1038/s41586-023-05888-x

原文鏈接：

https://www.nature.com/articles/s41586-023-05888-x

http://membrane.ustc.edu.cn/2022/0117/c30195a544191/page.htm

原創(chuàng)文章，作者：菜菜歐尼醬，如若轉(zhuǎn)載，請注明來源華算科技，注明出處：http://www.xiubac.cn/index.php/2024/01/18/87f08c3a1e/

国产三级精品三级在线观看,国产高清无码在线观看,中文字幕日本人妻久久久免费,亚洲精品午夜无码电影网

中科大，再發(fā)Nature！今年第6篇！

相關(guān)推薦

中科大，再發(fā)Nature！今年第6篇！