【48812】【紧记嘱托建新功】我国科学报｜国产聚合物离子膜有望完成弯道超车

　　在我国科学技能大学（以下简称我国科大），有一句话常被当作戏弄：“我国科大研讨的各种技能里，有两类是被发达国家约束的，一类是量子通讯，另一类是离子膜。”

　　我国科大离子膜研讨团队负责人徐铜文教授，有时也会在毛遂自荐时用上这句话。许多外行人随后会问一句：“离子膜是什么？”

　　作为一种隔阂资料，离子膜是燃料电池和液流电池中的中心部件。美国在1949年创造出离子膜，次年便研制出具有商业用途的离子膜。而我国离子膜研讨从1958年起步，比美国晚了近10年，初衷是支撑原子能工作展开。

　　但“起步晚”历来都不是被“卡脖子”的托言。1995年，徐铜文和他的团队从“我国离子交换树脂之父”何炳林院士手中接过重担。之后近30年里，他们没敢停下过。

　　4月26日，徐铜文、杨正金团队的研讨效果登上《天然》杂志。他们规划出一类新式离子膜——微孔结构聚合物离子膜，有望完成国产聚合物离子膜的“弯道超车”。

　　蔬菜大棚的薄膜、汽车玻璃的防爆膜、手机面板的保护膜，日子中简直随处可见林林总总的膜。和它们不同，离子膜是一种能够挑选性透过离子的薄膜。

　　在清洁动力、节能减排、能量转化与贮存等方面，离子膜存在广泛的运用远景。正因如此，离子膜要害资料及配备技能成为国家重点展开的战略新鼓起的工业。那么，这项“卡脖子”技能究竟难在哪呢？

　　在液流电池、燃料电池等电化学器材或配备中，离子膜既要隔绝正负极间活性物质、避免短路，又要确保离子在充放电过程中高效通过、削减损耗。这种“既要”“又要”的要求，自身就非常“严苛”。

　　“就像用筛子筛沙，假如筛子孔小，粗沙过不去、细沙流得慢；假如筛子孔大，粗沙细沙都能曩昔。”徐铜文团队博士后、论文榜首作者左培培说。

　　既要隔绝“粗沙”，又要让“细沙”快速通过，传统离子膜资料简直没办法一起满意两个要求。“传统离子膜资料用于传导离子的通道不行‘巩固’，并且长期运用后还有结构老化、功用直线下降等问题。”徐铜文告知《我国科学报》。

　　通过3年探索，研讨团队凭借核算化学办法，精准规划出一种具有贯穿亚纳米离子通道的微孔结构离子膜资料。与此一起，他们对通道进行化学修饰，使离子能够在膜内近乎“零冲突”地传导。

　　该效果触及的微孔结构离子膜规划理念，可拓宽至其他功用化结构聚合物膜，为高功用膜资料定向规划打下了根底。

　　论文匿名评定人点评：“这种阳离子膜在液流电池中展现出了特殊的功用。其对根据分子型活性物质的水系液流电池研讨系统，具有极端严重的学习含义。毫无疑问，与迄今为止运用的最好的膜比较，此类阳离子膜功用明显提高。”

　　直到上世纪末，我国离子膜研讨一向局限于从离子交换树脂制备的异相离子膜，其电阻大、挑选性差，只能用于初级水处理，与发达国家存在比较大距离。其时，何炳林一向有个“心病”：因为技能约束，离子交换树脂存在资源糟蹋、需频频再生的缺点。

　　1995年，徐铜文进入何炳林的研讨团队，从事博士后研讨。鉴于徐铜文有工科布景，何炳林开端启示他展开“抛弃离子交换树脂白球制备离子交换膜”的技能攻关。自此，徐铜文一头扎进“离子膜的世界”。

　　1997年，徐铜文正式入职我国科大，从“零”起步展开异相膜过渡到均相膜的研讨。

　　为了完成均相离子膜接连制备，徐铜文从前景仰前往浙江镇海一家涂布机厂，讨教涂布成膜技能。厂长被徐铜文的线多张技能图纸赠给他。回来后，徐铜文和搭档细心研讨，发现图纸存在许多不完整的当地，所以又找到一家个别机械厂的教师傅讨教，最终将图纸弥补到900多张。他们整整花了10个月，研制出我国榜首台均相离子膜的接连浸胶机，为之后国产离子膜工业化打下了技能根底。

　　时至今日，研讨离子膜的近30年里，徐铜文团队宣布的有关“膜”的论文到达500多篇，跻身世界离子膜资料研讨榜首队伍。他们请求的国内外创造专利100余项，取得授权95项。世界数据库检索显现，近10年来，徐铜文领导的课题组在离子交换膜方向的论文数量稳居世界榜首，研讨水平在世界上处于领先地位。

　　此次宣布在《天然》上的效果，是研讨团队历时3年研讨出的。尔后，他们又花了近两年时刻撰写论文、凝练科学问题、弥补科学依据。

　　“徐教师带着咱们将论文前前后后修改了40余遍，反复推敲原理的立异性。”杨正金说。

　　论文合作者杨正金是从徐铜文团队生长起来的科研主干。2014年，杨正金从清华大学博士结业后，景仰来到我国科大，跟从徐铜文从事博士后研讨。

　　“为拓宽课题组研讨方向，徐教师主张我去国外持续学习。”杨正金说，“我其时挑选了爱丁堡大学的一个‘多孔资料研讨’课题组，但徐教师主张我去哈佛大学学习有机液流电池技能。”

　　2016年，杨正金前往美国哈佛大学进行博士后研讨，并将有机液流电池研讨带回我国。2019年起，在国家天然科学基金委优秀青年科学基金等项目的赞助下，杨正金小组开端集中精力进行水系有机液流电池专用离子膜的科研攻关。

　　“这项研讨具有较强的效果转化潜力。”徐铜文说，该中心效果与光伏发电强强联合，有望处理太阳能、风能发电的间歇性问题。项目孵化的特种离子膜产品行将面世，并推向市场，为完成国家“双碳”战略目标和可持续展开供给技能支撑。

　　回望曩昔，展望未来，徐铜文在他的小诗里这样写道：“制备膜，精雕细镂又柔又韧；塑造人，胸襟远大能屈能伸；兴科技，学以致用为国为民；创效益，腾飞中华强国为魂。”