天津科技大學(xué)輕工科學(xué)與工程學(xué)院司傳領(lǐng)教授團(tuán)隊在共價有機框架（COFs）膜材料的能源儲存與轉(zhuǎn)換領(lǐng)域取得了突破性研究進(jìn)展。該團(tuán)隊成功開發(fā)出一種高性能新型膜材料，其獨特的結(jié)構(gòu)設(shè)計與可控制造工藝，為下一代高效、穩(wěn)定的能源儲存與轉(zhuǎn)換系統(tǒng)提供了關(guān)鍵材料支撐。

共價有機框架（COFs）是一類由有機單元通過共價鍵連接形成的、具有高度有序孔道結(jié)構(gòu)的晶態(tài)多孔材料。因其結(jié)構(gòu)可設(shè)計性強、比表面積高、孔道尺寸可調(diào)及穩(wěn)定性好等優(yōu)勢，在氣體分離、催化、傳感及能源領(lǐng)域展現(xiàn)出巨大潛力。將COFs材料制備成具有優(yōu)異機械性能、高離子/分子選擇性及長期運行穩(wěn)定性的實用化薄膜，一直是該領(lǐng)域面臨的核心挑戰(zhàn)。

司傳領(lǐng)教授團(tuán)隊針對這一難題，創(chuàng)新性地開發(fā)了一種界面聚合與后修飾協(xié)同的策略，成功構(gòu)筑了兼具高結(jié)晶度、優(yōu)異機械強度和精密可控孔道結(jié)構(gòu)的新型COFs膜。該制造方法的關(guān)鍵在于，團(tuán)隊通過精確調(diào)控單體反應(yīng)動力學(xué)與界面條件，實現(xiàn)了COFs層在基底上的均勻、致密生長，同時通過巧妙的化學(xué)后修飾，進(jìn)一步精細(xì)調(diào)控了膜表面的化學(xué)性質(zhì)與孔道微環(huán)境。

在能源儲存與轉(zhuǎn)換應(yīng)用方面，該新型COFs膜表現(xiàn)卓越。研究結(jié)果表明：

1. 在鋰硫電池中：該膜作為功能性隔膜，其精準(zhǔn)設(shè)計的納米孔道能有效抑制多硫化物的穿梭效應(yīng)，同時其表面官能團(tuán)促進(jìn)了鋰離子的均勻沉積，顯著提升了電池的循環(huán)壽命與庫倫效率。
2. 在燃料電池與電解水領(lǐng)域：該膜材料表現(xiàn)出優(yōu)異的質(zhì)子或氫氧根離子傳導(dǎo)能力，以及良好的氣體阻隔性能，為開發(fā)高效率、低成本的膜電極組件提供了新方案。
3. 在液流電池中：其高度有序且尺寸均一的孔道結(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)對特定活性離子的高效、選擇性傳輸，有效降低了交叉污染，提升了電池的能量效率與穩(wěn)定性。

這項研究不僅提供了一種可擴展、可控的新型COFs膜材料制造方法，更從分子層面揭示了膜結(jié)構(gòu)（如結(jié)晶度、孔道尺寸、表面化學(xué)）與其在能源器件中性能之間的構(gòu)效關(guān)系，為面向未來的高性能能源材料的理性設(shè)計提供了重要的理論依據(jù)和實踐指導(dǎo)。

司傳領(lǐng)團(tuán)隊的研究進(jìn)展，標(biāo)志著我國在高端功能膜材料基礎(chǔ)研究與制備技術(shù)方面取得了重要突破。該成果有望推動共價有機框架材料從實驗室走向?qū)嶋H應(yīng)用，加速其在清潔能源、高效儲能等關(guān)鍵領(lǐng)域的產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程，為我國實現(xiàn)“雙碳”戰(zhàn)略目標(biāo)貢獻(xiàn)重要的科技力量。目前，該團(tuán)隊正致力于進(jìn)一步優(yōu)化材料制備工藝，并探索其在更廣泛能源技術(shù)中的應(yīng)用潛能。