多孔聚电解质膜(PPMs)是现代科学工程与技术中极具吸引力的材料之一，因为其独特的带电性质和孔限制效应而在电子设备、吸附/分离技术、润滑、生物工程、电池等领域具有广泛的应用。传统上的PPMs是由嵌段共聚物和多组分聚合物材料在静电相互作用或者共价交联的驱动下自组装而成。随着PPMs材料的发展，一些问题也随之出现：1. 制备这类材料通常需要较苛刻的条件；2. 如何调整这类材料的微观结构使之具有不同功能。因此，如何简单地制备这类材料并通过微观结构的调整实现不同功能便具有了重要意义。

图1. 使用的PILs结构以及制作超分子多孔聚电解质膜(SPPMs)的流程

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

近日，来自南开大学化学学院的王鸿教授等人设计开发了一种可伸缩的独立超分子多孔聚电解质膜（图1）：通过氢键实现单一聚离子液体(PIL)形成SPPMs，并通过改变PIL中的结构基元调整SPPMs的微观结构、功能以及机械性能。在制备过程中，只有水参与了氢键的形成以进一步构建孔隙，这是一种极环保的直接构筑SPPMs的方法。作者对此的解释是，超分子多孔聚电解质膜是通过氢键作用诱导聚离子液体(PIL)的极性域和非极性域之间产生相分离，然后水分子将极性域和非极性域连接在一起形成多孔结构。

图2. 不同的SPPMs的SEM测试

作者对上述通过四种不同PIL制备的SPPMs进行了低分辨率横截面扫描电子显微镜测试(SEM)以及控制实验（图2），以探究形成SPPMs的机理。由于PIL薄膜中只剩下少量DMF溶剂，因此排除了非溶剂诱导的相分离机制。作者使用结构相似的PIL进行了对比，发现具有强氢键的PILs会影响SPPM的形成。在PIL中加入水分子会增强分子极性，水分子作为氢键交联剂，促进PILs中的亲水阳离子环从疏水框架中微相分离，从而产生孔隙。另外，从SEM中可以看出这四种SPPMs呈现出孔径递减，作者认为这很可能是由水分子从上到下扩散到PIL膜所决定的。由于渗透驱动力的逐渐减弱，水分子向膜的深处扩散变得更加困难和缓慢。

图3. 水分子与PIL之间的核磁、FTIR以及DFT研究

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）

为了进一步探究水的作用（图3），作者通过核磁发现水与三氮唑的的C5位氢、咪唑的C2位氢有着明显的作用，并且作者通过FTIR进行了测定发现两个羟基与相邻的PILs物种具有明显的配位模式，表明PIL与水之间确实有着强的氢键作用。作者还通过DFT计算进行了研究，发现水分子一方面削弱了相反带电离子之间的库仑相互作用，而另一方面，水分子通过两个氢键连接三氮唑环和Tf₂N阴离子中的极性域-SO₂-部分。通过实验与计算充分表明了SPPMs的形成是由于水分子与PIL之间的氢键引起极性域与分极性域之间相分离所导致的。

图4. 热刺激和水浸泡下的SPPMs光学性能测试以及机械性能测试

（图片来源：Angew. Chem. Int. Ed.）