多肽聚合物电解质：螺旋肽结构提高固体电解质的导电性和稳定性

高分子科学前沿8月7日讯：离子传输对能量储存、细胞信号和海水淡化至关重要。数十年来，人们一直在探索将聚合物用作固态电解质，方法是在极性聚合物中添加盐，或将离子系在聚合物骨架上，以创建不易燃、更坚固的系统。要使固态聚合物电解质的性能超越传统体系，就需要新的设计范例。

“Helical peptide structure improves conductivity and stability of solid electrolytes”发表在最新一期《Nature Materials》上，第二作者是Chris Evans

鉴于此，美国伊利诺伊大学-香槟分校Chris Evans教授证明了螺旋状二级结构可以大大提高使用带有移动阴离子的阳离子多肽的无溶剂聚合物电解质的电导率。螺旋越长，电导率越高，而随机螺旋肽的电导率则大大降低。螺旋的大二极体随着肽的长度而增加，导致介电常数增大。螺旋的氢键还赋予了热稳定性和电化学稳定性，同时允许在酸中轻松溶解回单体。肽聚合物电解质为设计下一代离子传输材料提供了一个前景广阔的平台。相关研究成果以题为“Helical peptide structure improves conductivity and stability of solid electrolytes”发表在最新一期《Nature Materials》上。Yingying Chen为本文一作。

具有不同二级结构的多肽

作者详细探讨了阳离子多肽与移动阴离子的潜力，特别关注螺旋结构在增强电导率和稳定性方面的优势。他们利用由l-、d-和ld-谷氨酸衍生的N-羧基酸酐（NCA）的开环聚合（ROP）合成了三种多肽。这些多肽被命名为l-50、d-50和ld-50，分别具有不同的二级结构：右手螺旋、左手螺旋和无规线圈。傅立叶变换红外光谱（FTIR）、圆二色光谱（CD）和固态13CNMR证实了这些构象。螺旋多肽（l-50和d-50）显示出明显的光谱特征，表明其具有稳定的螺旋结构，而ld-50则显示出无规线圈的特征。图1显示l-50、d-50 和 ld-50 的 FTIR 和 CD 光谱显示出明显的结构差异。螺旋多肽在 FTIR 中显示出特征性的酰胺 I 和 II 谱带，在 CD 光谱中显示出特定的椭圆率，证实了它们的螺旋性质。

图 1. 固态螺旋的合成和构象

总结：

该文章展示了使用螺旋多肽作为固态电解质的显着优势。与无规螺旋结构相比，螺旋结构增强了离子电导率、稳定性和热弹性。通过增加聚合物长度，电导率进一步提高，凸显了这些材料在下一代离子传输应用中的潜力。按需降解的能力为其使用增添了环境可持续的维度。总的来说，这项研究为固体聚合物电解质提供了一种新的设计范式，强调了二级结构在实现卓越性能方面的关键作用。（本刊有删节）详情见高分子科学前沿公众号