在中国科学技术大学（以下简称中国科大），有一句话常被当作调侃：“中国科大研究的各种技术里，有两类是被发达国家限制的，一类是量子通信，另一类是离子膜。”中国科大离子膜研究团队负责人徐铜文教授，有时也会在自我介绍时用上这句话。作为一种隔膜材料，离子膜是燃料电池和液流电池中的关键部件。美国在1949年发明出离子膜，次年便研发出具有商业用途的离子膜。
而我国离子膜研究从1958年起步，比美国晚了近10年，初衷是支持原子能事业发展。
1995年，徐铜文和他的团队从“中国离子交换树脂之父”何炳林院士手中接过重担。之后近30年里，他们没敢停下过。4月26日，徐铜文、杨正金团队的研究成果登上《自然》杂志。他们设计出一类新型离子膜——微孔框架聚合物离子膜，有望实现国产聚合物离子膜的“弯道超车”。
在液流电池、燃料电池等电化学器件或装备中，离子膜既要阻隔正负极间活性物质、防止短路，又要保证离子在充放电过程中高效通过、减少损耗。这种“既要”“又要”的要求，本身就十分“苛刻”。“就像用筛子筛沙，如果筛子孔小，粗沙过不去、细沙流得慢；如果筛子孔大，粗沙细沙都能过去。”徐铜文团队博士后、论文第一作者左培培说。
经过3年摸索，研究团队借助计算化学方法，精准设计出一种具有贯通亚纳米离子通道的微孔框架离子膜材料。与此同时，他们对通道进行化学修饰，使离子可以在膜内近乎“零摩擦”地传导。该成果涉及的微孔框架离子膜设计理念，可拓宽至其他功能化框架聚合物膜，为高性能膜材料定向设计打下了基础。
我国离子膜技术从一开始就是在被限制中发展的。直到上世纪末，我国离子膜研究一直局限于从离子交换树脂制备的异相离子膜，其电阻大、选择性差，只能用于初级水处理，与发达国家存在较大差距。1995年，徐铜文进入何炳林的研究团队，从事博士后研究。鉴于徐铜文有工科背景，何炳林开始启发他开展“废弃离子交换树脂白球制备离子交换膜”的技术攻关。自此，徐铜文一头扎进“离子膜的世界”。
时至今日，研究离子膜的近30年里，徐铜文团队发表的有关“膜”的论文达到500多篇，跻身世界离子膜材料研究第一梯队。他们申请的国内外发明专利100余项，获得授权95项。国际数据库检索显示，近10年来，徐铜文领导的课题组在离子交换膜方向的论文数量稳居国际第一，研究水平在国际上处于领先地位。
此次发表在《自然》上的成果，是研究团队历时3年研究出的。
此后，他们又花了近两年时间撰写论文、凝练科学问题、补充科学证据。“徐老师带着我们将论文前前后后修改了40余遍，反复推敲原理的创新性。”杨正金说。眼下，研究团队正着手将科研成果逐个从“实验室”推向“生产线”。“这项研究拥有较强的成果转化潜力。”徐铜文说，该核心成果与光伏发电强强联合，有望解决太阳能、风能发电的间歇性问题。
项目孵化的特种离子膜产品即将问世，并推向市场，为实现国家“双碳”战略目标和可持续发展提供技术支撑。