离子化链段自组装聚集所需驱动力主要来源于离子化链段与非离子化链段极性差异和离子化链段间的微弱相互作用（主要为范德华力），决定了该过程为热力学主导。这一认识为我们提供了新的研究突破点，即引入额外分子链段自组装驱动力来增强其构建规整通道的动力学过程,因此我们开展了从理论上研究其微观纳米结构的构筑及调控过程，并应用于指导高性能离子交换膜的开发及燃料电池性能提升。

为提升功能链段聚集能力，我们将分子间次级相互作用引入聚合物膜结构中,首先制备出PEG接枝型季铵化聚电解质膜材料，通过DFT计算论证PEG链段内偶极（电负性氧原子）的存在以及其与季铵阳离子功能基团的离子-偶极相互作用强度（-29.31 kJ/mol）。进一步通过分子动力学模拟对比聚合物片段在有无相互作用时所对应的空间分布，绘制概率分布密度云图，初步模拟结果表明离子-偶极相互作用存在为功能基团聚集提供额外驱动力，达到动力学增强的目的。此外，运用GROMACS对聚合物进行全原子模拟，通过径向分布函数计算表明相互作用导致功能基团季铵基团中心原子N之间距离明显降低，表明对功能基团聚集的增强效应，同时分子动力学可视化模拟结果表明这种自组装驱动力的引入有利于形成贯穿离子传导通道。此外，通过进一步的实验表征如小角X射线散射（SAXS）图，原子力显微镜（AFM）从实验角度论证了引入额外自组装驱动力的结构具有更为显著的相分离特性。该工作理论结合实验上论证了引入额外驱动力可促进离子通道构建，并实现通道内离子传导增强的目的。相关工作以“Cation-dipole Interaction that Creates Ordered Ion Channels in an Anion Exchange Membrane for Alkaline Fuel Cells”为题发表在AIChE J （AIChE J. 2021, e17133）。

论文链接：https://aiche.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/aic.17133