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Angew. Chem. :室温水溶液中可控制备共价交联聚电解质纳米多孔膜2023-04-29
聚电解质多孔膜具有电荷特征及孔的限域效应,在吸附分离、传感、能源转化及纳米电子学等领域备受关注。目前,聚电解质多孔膜通常采用超分子相互作用、嵌段共聚物相分离及静电络合等方法制备,其在有机溶剂,高浓度盐溶液或者高热条件下结构不稳定。开发结构稳定的共价交联聚电解质多孔膜有望解决上述难题。

在前期研究的基础上,南开大学王鸿教授课题组从聚离子液体材料化学的角度,结合氢键诱导单组分聚离子液体极性和非极性链段之间相分离及室温“Debus-Radsizewski” 反应,发展了一种室温水溶液中快速、宏量可控制备柔性自支撑共价交联聚电解质多孔膜的方法。研究发现,这种带正电荷功能聚电解质纳米多孔膜在离子分离领域具有重要应用前景。

 

 

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通过对聚离子液体、醛及二酮结构的设计,可实现共价交联聚离子液体多孔膜孔径以及机械性能的调节。

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探究成膜机理发现,水分子可诱导单组分聚离子液体的极性和非极性链段发生相分离,首先形成三维互穿的超分子多孔结构,同时,聚离子液体结构中的氨基与醛及二酮在室温水溶液中通过Debus-Radsizewski反应一步生成共价交联聚离子液体纳米多孔膜。作者同时验证了其动力学扩散控制的成孔过程。共价交联结构赋予膜以良好的热稳定性以及化学稳定性。

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进一步地,作者对膜的离子分离性能进行了考察。结果表明,在电驱动的离子跨膜运输中膜对高价态同种电荷阳离子表现出了更强的排斥作用,且随着膜孔径的减小,其表现的分离效果也逐渐提高,这是基于带正电荷的孔壁对同种电荷高价阳离子的更强的静电排斥作用。

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该工作中,王鸿教授课题组发展了一种在室温水溶液中快速制备(柔性)共价交联聚电解质多孔膜的新策略,为创制具有良好稳定性的功能化聚电解质多孔膜及其应用提供了一种新的途径。

文信息

Large-Scale and Controllable Synthesis of Covalently-Crosslinked Poly(ionic liquid) Nanoporous Membranes

Yingyi Hu, Luyao Xu, Wangqing Zhang, Hong Wang

Angewandte Chemie International Edition

DOI: 10.1002/anie.202302168

 

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