为了攻克这一难题，中国科学技术大学的研究人员展开了深入研究。他们设计并合成了一系列带有季铵阳离子的正电荷共价三嗪框架（QCTF）膜，这些膜具有相似的刚性微孔密度和相同的孔径分布。研究发现，通过对 QCTF 膜进行质子化和甲基化修饰，能够调节膜框架的电荷分布，从而降低阴离子传输的能量壁垒，显著提高Cl−的电导率，同时几乎不增加F−传输的能量壁垒。基于此，研究人员将该膜应用于水性有机氧化还原液流电池，结果表明，使用Cl−离子的电池能够在高电流密度下运行，性能远超现有膜材料的电池。这一研究成果发表在《Nature Communications》上，为众多电化学器件的发展带来了新的希望，也为分离膜实现单物种选择性提供了新的思路。

在研究过程中，研究人员主要运用了以下关键技术方法：首先是有机溶胶 - 凝胶法，用于合成 QCTF 膜；其次是多种表征技术，如X射线光电子能谱（XPS），用以分析膜的化学组成和结构变化，以及核磁共振（NMR），测量离子扩散系数；最后，利用分子模拟技术，从理论层面研究离子在膜内的传输机制和电荷分布情况 。

研究人员通过超酸催化的有机溶胶 - 凝胶法，以 4,4’ - 联苯二腈和带有季铵基团的 3 - 羟基 - [1,1’ - 联苯] - 4,4’ - 二腈衍生物为原料，成功合成了独立的三嗪框架膜（QCTF）。随后，对 QCTF 膜进行质子化和甲基化处理，分别得到 P - QCTF 和 M - QCTF。通过二氧化碳吸附实验和分子模拟发现，这三种膜具有相似的框架结构、相互连接的微孔以及几乎相同的孔径分布（0.3nm - 0.9nm）。同时，通过离子交换容量（IEC）、XPS 等测试手段对膜的化学性质进行了表征。

尽管三种膜的框架结构和孔径分布相似，但实验结果表明，孔化学对跨膜离子传输影响显著。通过测量电流 - 电压（I−V）曲线计算得到的阴离子迁移数（t−​）显示，QCTF、P - QCTF 和 M - QCTF 均具有良好的阴离子选择性，t−​分别为 0.940、0.947 和 0.953。对不同尺寸的阳离子（如 BTMAP - Vi 和K+）的渗透实验表明，QCTF 膜对阳离子具有尺寸选择性，能够允许少量K+渗透，同时排斥较大的 BTMAP - Vi 阳离子。此外，QCTF 膜在较低水合数下表现出高Cl−电导率，M - QCTF 的Cl−电导率在 30°C 时几乎是 QCTF 的两倍，且其活化能降低。分子模拟和19F PFG - NMR 测量结果进一步证实，通过调整膜的孔化学，能够为阴离子提供低能量壁垒的扩散路径。

将化学调控的三嗪框架膜应用于 pH 中性的氧化还原液流电池（AORFB）中，以 BTMAP - Vi/FcNCl 为氧化还原活性有机电解质对。实验结果显示，使用 M - QCTF 膜的电池具有较低的面积比电阻（ASR），在高电流密度下能够实现高效充电和放电。在 0.5M 电解质浓度下，使用 M - QCTF 膜的电池在 500mA cm−2的电流密度下，能量效率（EE）可达 49.7%，容量利用率为 58.8%。在长期恒电流循环实验中，该电池也表现出稳定的性能。

研究结论表明，阴离子能够在 M - QCTF 膜内以极低的能量壁垒扩散，从而显著提升了液流电池的性能。这一研究成果不仅为设计用于其他技术（如CO2​电解器和离子捕获电渗析）的阴离子交换膜提供了重要参考，还有望通过进一步优化膜结构，如消除微孔曲折度和创建孔径分布均一的对齐微孔通道，来提高离子电导率和降低扩散活化能垒，从而推动整个电化学领域的发展。