微孔聚合物具有形状持久的自由体积单元（FVEs），当用作化学分离、水净化、燃料电池和电池的膜时，小分子和离子会渗透这些单元。由于难以产生具有足够多样性以筛选其特性的聚合物，因此鉴定具有分析物特异性的FVEs仍然是一个挑战。

劳伦斯伯克利国家实验室Brett A. Helms团队以“Diversity-oriented synthesis of polymer membranes with ion solvation cages”为题，在《Nature》上报道了一种面向多样性的微孔聚合物膜（PIMs）合成策略，以识别能够作为锂离子(Li⁺)溶剂笼的FVEs候选材料（DOI: 10.1038/s41586-021-03377-7）。

文章要点

1）研究人员通过Mannich反应使双邻苯二酚单体多样化，以在FVEs中引入Li⁺配位官能团，包括将FVEs连接到不同孔结构中的拓扑增强聚合反应以及几种使孔几何形状和介电性质多样化的聚合反应。

2）实验结果显示，与不具有FVEs特异性的对照膜相比，具有离子化溶剂笼的候选PIMs膜表现出更高的离子电导率和更高的阳离子转移数，从而可以克服常规的膜渗透性和离子迁移选择性的局限性。其优势与其增强的电解质中Li⁺分配，阴离子在孔内更高的扩散壁垒，以及与大块电解质相比，网格强制限制Li+配位数来减少工作离子有效质量有关。

3）研究发现，具有Li⁺固体溶剂化笼的微孔聚合物（PIMs）在高压锂金属电池中作为负极-电解质中间层时，可以促进锂金属的均匀电镀和剥离，这对延长其寿命和安全具有重要意义。因此，这种薄膜在高压金属锂电池中具有良好的应用前景。

带离子溶剂笼的PIMs的多样性合成（DOS）

（摘自纳米人）