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30
2026
-
07
JMS: “双分子互锁”稳固纳米通道，天然黏土膜实现质子传导
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背景
在氢能与电化学能源快速发展的背景下，高性能质子传导膜成为提升能量转换效率的关键材料之一。基于二维纳米片堆叠构筑的纳流体通道膜，因其亚纳米限域效应和超快离子传输能力，近年来备受关注。然而，这类膜普遍面临一个核心难题：在提升质子电导的同时，难以维持结构稳定性。以蒙脱土（MMT）为代表的天然层状材料，具有来源丰富、成本低、化学稳定性高等优势，是构筑二维纳流体膜的理想候选。但其层间作用力较弱，在水环境中容易发生溶胀，导致通道结构失稳；而传统的交联或限域策略，又往往以牺牲离子传输效率为代价。因此，实现“高导电性”与“高稳定性”的协同优化，成为该类膜材料走向实际应用的关键挑战。
创新
近日，武汉理工大学赵云良教授团队提出了一种“双分子互锁”界面调控策略，在二维蒙脱土纳通道中构建稳定且高密度的质子传输网络。具体而言，引入APTES分子在蒙脱土表面形成硅烷交联网络，同时其–NH₃⁺基团与磺化聚乙烯醇（SPVA）的–SO₃H基团发生静电与氢键作用，形成互锁的酸碱对结构。这种双分子协同设计实现了两重关键功能：一方面，通过交联与互锁效应显著增强层间相互作用，抑制膜的溶胀并提升机械强度；另一方面，在纳米通道内部构建连续的氢键网络，为质子提供低能垒的“跳跃式”传输路径，从而实现*质子导电。
意义
得益于这一结构设计，所制备膜在室温下实现了高达141.08 mS·cm⁻¹的质子电导率，同时机械强度提升超过4倍，并在水环境中保持稳定结构，显著优于传统MMT膜。更重要的是，该工作提出了一种基于天然二维材料的通用界面调控思路：通过“分子互锁”在不破坏纳通道结构的前提下，实现结构稳定与离子传输性能的同步提升。这一策略为低成本、高性能纳流体膜的设计提供了新范式，在燃料电池、离子传导及能源转换等领域具有广阔应用前景。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/eW-UnZQT2Ww69WVbixwV3w
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