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  可再生能源的廣泛利用是實現社會低碳化發展和能源結構轉型的關鍵。然而，風能，太陽能等可再生能源具有間歇不可控的特點，難以實現電能的穩定輸出。因此，亟需發展與之相關的能量轉換與存儲技術。全釩液流電池作為技術最為成熟的液流電池，具有能量效率高、循環壽命長、安全性高、設計靈活等優勢，有望成為未來大規模儲能技術的首選方案，用于可再生能源發電的平滑并網與調峰調頻。

  質子交換膜是全釩液流電池的關鍵部件，起著傳導質子，阻隔釩離子的作用，決定著電池的性能。目前，全氟磺酸膜因優異的質子電導率和化學穩定性是全釩液流電池的首選膜材料，但高昂的成本和較差的釩離子阻隔性限制了其大規模應用。因此，研究者致力于開發性價比更高的非氟化膜。其中，磺化聚醚醚酮（SPEEK）因合成簡單、易于修飾、機械性能優越、成本低廉等優勢備受關注。

  SPEEK由芳基主鏈和直接連接于芳環的磺酸基團構成。由于SPEEK的疏水主鏈剛性較強且與親水側基之間的距離較小，導致SPEEK膜中離子相區的貫通性較差，質子電導率較低，但釩離子阻隔性較好。雖然提高SPEEK的磺化度可以明顯提升其質子電導率，但卻會造成膜的尺寸穩定性、釩離子阻隔性、化學穩定性的大幅下降。因此，難以同時提升SPEEK膜的質子電導率與質子選擇性，需要從調控SPEEK的微相結構入手。相比于通過復雜的合成手段改變SPEEK的本征結構來調整其親疏水微相結構外，通過引入功能性填料的雜化改性方法則更加便捷。然而，傳統填料與聚合物基體的相容性較差，在雜化過程中易形成無效的界面，對膜的性能產生不利影響。因此，開發適用于SPEEK基體改性的功能填料是一項重要挑戰。

  吉林大學李昊龍課題組長期從事質子傳導材料的研究，尤其關注多酸團簇在聚合物基體中的分散機制與質子傳導行為，系統發展了基于多酸團簇表面化學特征的雜化組裝方法，制備了一系列多酸/聚合物高性能雜化質子導體（Nano Lett. 2023, 23, 3887; Angew. Chem. Int. Ed. 2022, 61, e202210695; CCS Chem. 2022, 4, 151; ACS Nano 2022, 16, 19240; J. Am. Chem. Soc. 2021, 143, 21433; ACS Nano 2019, 13, 7135; Angew. Chem. Int. Ed. 2017, 56, 9013）。

圖一：通過自組裝手段在SPEEK膜中構筑離子選擇性納米屏障的改性策略

圖二：雜化SPEEK膜中形成的核-殼結構功能納米屏障

圖四：裝配有雜化膜的全釩液流電池性能。

  綜上，該工作成功將嵌段共聚物受限自組裝形成的納米結構應用于質子交換膜領域，開發了一種自組裝型改性劑，解決了膜的質子電導率與釩離子滲透率之間難以平衡的矛盾，展現了協同雜化策略在全面提升聚合物電解質膜綜合性能方面的獨特優勢。

  原文鏈接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.nanolett.3c03064