吉林大学李昊龙团队提出了一种超分子共熔改性策略，将多酸与两性离子进行超分子复合，利用两者间的氢键共熔效应，实现了多酸晶态粉末向柔性电解质的转化。所得材料展现出类似高分子的力学特性，可通过拉伸、压延等方式加工成膜，并依托“运载‑跳跃”协同机制实现高效质子传导，在低湿甚至无水条件下，表现出优异的质子电导率。该研究突破了传统多酸材料加工性差、传导依赖湿度等限制，为先进质子导体的设计与开发提供了新思路。
中文标题：从晶态粉末到柔性质子导体：超分子共熔策略新突破
英文原题：A soft processible polyoxometalate-zwitterion eutectic electrolyte for superprotonic conduction
通讯作者：
李昊龙，吉林大学
关键词：多酸；两性离子；共熔电解质；质子传导；杂化材料
背景介绍
质子导体在燃料电池等新能源技术中具有广泛应用，是实现“双碳”战略目标亟需的关键材料。多酸（又称多金属氧簇）是一类具有高质子传导性的无机纳米团簇，因此受到广泛关注。然而，多酸在实际应用中受到两方面限制：一是多酸属于脆性晶态材料，多呈粉末状态，难以通过常规方法加工成型，不利于与器件集成；二是其质子传导性能高度依赖环境湿度，在低湿或无水条件下电导率显著下降。因此，开发兼具优良加工性和低湿传导性能的多酸基质子导体，是推动其实际应用的关键。
研究成果
针对多酸在质子传导领域的应用瓶颈，吉林大学李昊龙团队提出了一种超分子共熔改性策略。该方法通过多酸（HSiW）与羟基化两性离子（HPS）的超分子相互作用，实现了多酸加工性能与传导性能的协同提升（图1）。其中，氢键作用在策略中发挥核心作用：一方面，HPS的羟基作为氢键给体，与多酸表面的氧原子形成氢键；另一方面，HPS的磺酸阴离子作为氢键受体，与多酸解离的质子相结合。这种多重氢键作用有效削弱了多酸团簇间的静电相互作用，扰乱其原有的离子晶格，使多酸晶态粉末转变为无定形共熔态材料，表现出可拉伸、可塑形的柔性特征。该材料具备显著优势：在加工性能方面，通过优化多酸与两性离子的摩尔比，可获得具有半固态特性的材料，室温下模量达到约106 Pa，伸长率可达600%，展现出类似高分子材料的拉伸与压延加工特性，可制备自支撑膜，解决了多酸的成型难题。在质子传导性能方面，该材料在30℃、25%相对湿度下的质子电导率达1.0×10-3 S cm-1，在150℃无水条件下高达2.4×10-2 S cm-1。其优异的传导性能源于“运载-跳跃”协同机制：多酸与两性离子构建的连续氢键网络为质子提供“高速通道”，质子既可通过共熔态载体实现“搭车”扩散，也可借助氢键动态解离与重构完成“跳跃”传输，两种机制协同提升了质子传导效率。
图 1： 多酸-两性离子柔性共熔电解质的制备示意图
未来方向
团队将继续聚焦新型质子导体研究，面向氢能技术（如燃料电池、电解水制氢）与新型储能技术（如全钒液流电池）等应用场景，致力于利用多酸提升传统质子交换膜的质子电导率、传导选择性和耐久性，开发面向新兴能源技术的高性能质子交换膜。
引用本文
Shengchao Chai, Ronglin Zhong, Liang Zhai, et al. A soft processible polyoxometalate-zwitterion eutectic electrolyte for superprotonic conduction. Fundamental Research. 5(6) (2025) 2591-2596.
原文链接（复制到浏览器中查看）：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S2667325823002832
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