JACS：一种具有高温稳定通道的杂化液晶电解质用于无水质子传导

Nanoyu

2021-12-10

现代电化学和电子器件离不开先进的电解质。液晶具有良好的流动性和长程有序性，是一种很有前途的电解质候选材料。然而，液晶的中间相随加热而变化，这限制了其作为高温电解质的应用，例如在100 °C以上实现无水质子导电。多金属氧酸盐（POMs）是一类尺寸均匀、结构明确的多价离子金属氧化物纳米团簇。其一直被认为是多功能的纳米构建块，被广泛用于制造精密纳米结构以及功能杂化材料。特别是，POMs优异的电化学稳定性和高的离子解离能力使其成为传输质子和锂离子的极有前途的电解质。此外，POMs还可以作为静电交联剂来构建离子自组装材料。

近日，吉林大学李昊龙教授报道了将多金属氧酸盐（POMs）的多功能作用扩展到制备具有高质子电导率和高结构稳定性的液晶电解质。

文章要点

1）通过Keggin-type POM簇合物H₄SiW₁₂O₄₀（SiW）和两亲性两性离子端基聚合物配体的自组装，成功制备了一种含有高度有序的亚10 nm SiW柱状纳米畴的热致液晶电解质。值得注意的是，由于SiW既是静电交联剂又是高质子导体，即使在160 °C的高温下，这些纳米柱也可以作为卓越的稳定和高效的质子传输通道。

2）研究人员详细研究了该体系的自组装机理、液晶行为和质子导电性能。据悉，这项工作首次实现了利用POMs杂化液晶在高温条件下实现了无水质子导电。根据文献，先前报道的含有有机酸基团的液晶材料的无水质子电导率大多在10⁻¹−10⁻⁴ mS cm⁻¹，当温度在130−150 °C的范围内时，所开发的SiW-4IPS₁₉混合液晶电解质的性能也可媲美这些报道的材料。

这项工作展示了POMs在开发高性能液晶电解质方面的独特作用，它可以为设计用于能源和电子应用的先进离子传输系统提供一条新的途径。

参考文献

Shengchao Chai, et al, Hybrid Liquid-Crystalline Electrolytes with High-Temperature-Stable Channels for Anhydrous Proton Conduction, J. Am. Chem. Soc., 2021

DOI: 10.1021/jacs.1c11884

https://doi.org/10.1021/jacs.1c11884