Supramolecular Ion Conducting Membranes

超分子离子导电膜

基本信息

  • 批准号:
    184909608
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    德国
  • 项目类别:
    Research Grants
  • 财政年份:
    2010
  • 资助国家:
    德国
  • 起止时间:
    2009-12-31 至 2013-12-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

We will develop ion-selective membranes by directed self-assembly where the ion channels are formed by supramolecular complexes. Previously, we have shown that wedge-shaped amphiphilic π-stacked molecules with focal hydrophilic sulfonic acid head groups can self-assemble into supramolecular columns, in which the sulfonic groups are stacked to form well defined ion channels. The width and thus the flux through these ion channels can be controlled by the molecular structure of the assembling molecules. The columnar channels will be covalently stabilized by cross-linking and interconnection to a polymer matrix after orientation normal to the surface of the resulting membranes. The membranes will be prepared by photo- or thermo-polymerization of oriented films. The chemical structure of the wedge-shaped molecules will be optimized by mapping the phase diagrams of the material via temperature-dependent X-ray scattering. Homeotropic orientation of the columns will be accomplished by varying the surface energy and topography of the substrate, and by applying electric and magnetic fields. Ion transport, local and macroscopic alignment of channels, and dynamics of the polymer matrix all represent key features of these materials. Multi-modal NMR measurements of ion diffusion, channel alignment, and channel defect structures will provide invaluable information for understanding and designing these novel materials. 2H NMR spectroscopy on absorbed ions and D2O, and on specific 2H labels attached to the supramolecular structures will report on material orientational distributions and will be complemented by transmission and grazing incidence X-ray scattering. Multi-axis NMR diffusometry and electrophoretic mobility measurements will give complementary information on the influence of membrane properties on ion transport. Ion conductivity experiments will be performed by impedance spectroscopy and by means of membrane potential measurements in a liquid cell. Selective structural variation including introduction of photochromic groups will be studied regarding the structure / conductivity relationships, and to obtain membranes with photocontrollable ion conductivity.
我们将发展离子选择性膜的定向自组装离子通道形成的超分子复合物。以前,我们已经表明,楔形的两亲性π-堆叠分子与焦点亲水性磺酸头基团可以自组装成超分子柱,其中磺酸基团堆叠形成明确的离子通道。通过这些离子通道的宽度和通量可以由组装分子的分子结构来控制。在垂直于所得膜的表面取向后,柱状通道将通过交联和互连到聚合物基质而共价稳定。膜将通过取向膜的光聚合或热聚合来制备。楔形分子的化学结构将通过随温度变化的X射线散射绘制材料的相图来优化。通过改变基底的表面能和形貌以及通过施加电场和磁场来实现柱的各向同性取向。离子传输、通道的局部和宏观排列以及聚合物基质的动力学都代表了这些材料的关键特征。离子扩散、通道排列和通道缺陷结构的多模态NMR测量将为理解和设计这些新型材料提供宝贵的信息。2 H NMR光谱上吸收的离子和D2 O,并在特定的2 H标签连接到超分子结构将报告材料的取向分布,并将补充传输和掠入射X射线散射。多轴核磁共振扩散和电泳迁移率测量将提供补充信息的影响膜性能的离子传输。离子电导率实验将通过阻抗谱法和液体池中的膜电位测量进行。选择性的结构变化,包括引入光致变色基团将研究有关的结构/电导率的关系,并获得膜的光可控离子电导率。

项目成果

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