October 10, 2026

第一作者：李思喆 通讯作者：王超 通讯单位：中北大学 DOI: https://doi.org/10.1039/D6TA05497H 工作简介 中北大学王超团队设计了一种以刚性聚 (对三联苯靛红)（PTI）为高分子主链，通过共接枝磺酸亲水侧链与刚性氟代疏水侧链，借助氟代链段的强疏水性与分子刚性调控膜内微相分离行为，构筑连续、规整的有序亲水离子通道；氟代侧链可发挥“分子模板” 作用，调控亲水–疏水两相界面能，驱动膜微观结构由无序孤立相形貌向有序互连的纳米相分离结构转变，其中亲水相形成贯通的质子输运通路，致密疏水氟代区域构建物理阻隔屏障，并依靠位阻筛分效应抑制钒离子跨膜扩散，打破传统膜材料“高质子电导率–高钒渗透” 的固有矛盾。优化后的 PTI-BSf-5 膜展现出优异综合性能，60 ℃质子电导率达 132.1 mS·cm-1，VO2+渗透率仅为 Nafion 212 的 1/10，离子选择透过性为 Nafion 212 的 19 倍；单电池测试表明，该膜在 40 mA·cm-2下能量效率高达 92.4 %，200 mA·cm-2高电流密度下仍维持 75.8 % 的能量效率，经 300 次充放电循环无明显性能衰减，且材料成本远低于商用 Nafion 膜。该研究阐明了氟代侧链对芳香聚合物膜微相结构的调控机制，为面向全钒液流电池的高性能、低成本质子交换膜的分子设计提供新思路与实验依据。 相关成果以: Fluorinated side chain-induced ordered hydrophilic channels in poly(terphenyl isatin) membranes toward superior ion selectivity for vanadium redox flow batteries 为题发表在Journal of Materials Chemistry A期刊上。 感谢中北大学王超团队（第一作者:李思喆）供稿！ 本文所用 一体化液流单电池测试系统（YTH-1） 由武汉之升新能源有限公司提供 《2025年我司用户发表的液流电池论文合集》 【论文奖励】2026年8月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年7月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年5~6月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年4月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年3月液流电池论文奖励清单！ 【论文奖励】2026年2月液流电池论文奖励清单！ 研究背景 全钒液流电池（VRFB）用质子交换膜长期受困于质子传导率、钒离子阻隔能力与化学氧化稳定性三者间难以调和的性能权衡。提升质子传导能力通常依赖接枝大量磺酸亲水侧链以提高离子交换容量，但亲水基团过量引入易诱发膜基体过度吸水溶胀，破坏聚合物链堆砌结构，进而加剧钒离子跨膜穿透；同时，钒电解液的强酸、强氧化环境持续攻击高分子链与功能侧链，导致膜材料性能劣化。该性能博弈在高电流密度工况下进一步放大，严重制约电池效率与循环寿命。疏水侧链修饰是改善膜微相分离、缓解上述矛盾的有效路径。传统烷基疏水改性虽可一定程度抑制溶胀、降低钒渗透，但柔性烷基链易形成松散疏水聚集体，难以精准调控亲水相形貌，无法构建规整连续的质子传输通道，往往仅能以牺牲质子传导率为代价换取有限的钒截留效果，难以打破“质子传导–钒离子渗透”的固有权衡。 针对上述难题，本研究提出一种氟化侧链诱导有序微相分离的分子改性策略，制备氟化侧链改性聚三联苯靛红隔膜（PTI-BSf-5）。该策略借助氟代链段的强疏水性与分子刚性调控膜内微相分离行为，构筑连续、规整的有序亲水离子通道。氟代侧链可发挥“分子模板”作用，调控亲水–疏水两相界面能，驱动膜微观结构由无序孤立相形貌向有序互连的纳米相分离结构转变。其中，亲水相形成贯通的质子输运通路，致密疏水氟代区域构建物理阻隔屏障，并依靠位阻筛分效应抑制钒离子跨膜扩散，从而打破传统膜材料“高质子电导率–高钒渗透”的固有矛盾。刚性氟化侧链还可维系聚合物基体结构完整性，提升隔膜力学性能及电解液环境中的抗氧化稳定性。依托氟化侧链诱导生成的有序亲水–疏水微相结构，该隔膜在全钒液流电池性能评价中实现质子传导能力、离子选择性与长循环稳定性的协同优化。摘要图：一种氟化侧链诱导有序微相分离的PTI-BSf-5膜，及其通过连续有序通道快速传导质子、利用疏水氟化区域有效阻隔钒离子的示意图 核心内容 分子结构设计：选取高化学稳定性刚性聚三联苯靛红（PTI）为主链，并精准调控磺酸改性侧链（BS）与疏水氟化侧链（F6）的接枝比例；核心创新在于引入强疏水性含氟代链段，氟代侧链的强疏水性与分子刚性能够协同诱导膜内微相分离行为，实现“有序亲水–疏水纳米相分离结构构筑 + 连续规整质子传导通道构建”一体化，依靠刚性主链–刚性氟化侧链协同策略打破质子传导率、钒离子阻隔性与化学氧化稳定性之间的性能权衡。 研究采用1H NMR 积分定量分析、FT-IR、XPS 等多种表征手段，逐级验证单体、线性聚合物以及氟化膜的化学结构，确认各步改性反应顺利完成。 […]