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01
2026
-
07
EES: 水不只是“溶剂”，重新定义阴离子传输的关键角色
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背景
在燃料电池和电解水等电化学系统中，阴离子交换膜（AEM）的性能直接取决于离子与水在纳米通道中的协同传输。然而，长期以来的设计思路往往将水视为“被动介质”，主要关注离子本身或聚合物结构，而忽略了水分子结构与动力学的深层作用。实际上，在纳米限域环境中，水的行为已显著偏离体相：氢键网络的重构、分子取向的变化以及与离子和聚合物链段的耦合运动，都会直接影响离子迁移效率。但这些分子尺度机制长期缺乏直接实验证据，使得膜材料优化更多依赖经验而非机理指导。
创新
近日，英国伦敦大学学院Fabrizia Foglia教授团队通过中子谱学与分子模拟相结合，*在皮秒到纳秒时间尺度上解析了阴离子、限域水以及聚合物链段之间的动态耦合关系。结果表明，不同阴离子会诱导截然不同的水结构：OH⁻能够不断重构周围氢键网络，形成动态“水链”，从而支持快速的结构扩散；而Cl⁻则维持更稳定但相对“僵硬”的水合结构，限制离子迁移。这种差异不仅体现在高含水条件下，在低水化环境中更为显著。更重要的是，研究揭示水并非单一状态，而是由“传输活性水”和“结构束缚水”共同组成，其比例随离子类型和含水量变化。这一发现突破了传统以“含水量”作为性能指标的认知，提出应关注水的“功能状态”而非简单数量。
意义
该工作从根本上重塑了对离子传输机制的理解：水不再是背景角色，而是主动调控离子迁移的“结构参与者”。这一认识为AEM等电解质材料的设计提供了全新方向——通过调控氢键网络与水分子动力学，而非单纯优化孔径或电荷密度，实现更*的离子传输。特别是在低含水或高温工况下，这一机制将成为提升性能与稳定性的关键。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Wjkpf6MdF3ZDODoF-OVr4Q
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