这篇文档属于类型a，是一篇关于两性离子型共晶凝胶电解质（zwitterionic eutectogel electrolytes）的原创性研究论文。以下是详细的学术报告：

作者及机构
该研究由吉林大学化学学院的李海宾（Haibin Li）在李昊龙（Haolong Li）教授指导下完成，作为硕士学位论文于2024年5月提交。

学术背景

研究领域与动机
质子导体（proton conductor）是能源与电子技术的核心材料，广泛应用于燃料电池、超级电容器等领域。然而，现有质子导体（如商业化全氟磺酸膜Nafion）存在成本高、依赖湿度、机械性能与电导率难以兼顾等问题。深共晶溶剂（deep eutectic solvents, DES）因其低挥发性、高热稳定性和高离子传导能力，成为设计柔性质子导体的新策略。但传统DES多以金属盐或季铵盐为离子基元，质子传导型DES种类匮乏，限制了其在质子导体中的应用。

关键科学问题
如何开发新型质子传导型DES，并通过固化策略制备兼具高电导率与优异力学性能的共晶凝胶电解质（eutectogel electrolytes）？

研究目标
1. 设计合成基于两性离子（zwitterion）的质子传导型DES；
2. 通过聚合物和多金属氧簇（polyoxometalates, POMs）固化DES，制备两类共晶凝胶；
3. 探究其在柔性传感器和超级电容器中的应用潜力。

研究流程与实验方法

1. 两性离子型DES的制备与表征

研究对象：合成了三种阴离子基团不同的咪唑基两性离子（双膦酸基、羧酸基、磺酸基），分别与依替膦酸（etidronic acid）和对甲苯磺酸（p-toluenesulfonic acid）复合，制备了6种DES。
实验方法：
- 相态分析：通过差示扫描量热法（DSC）测定DES的熔点与液态相区范围。
- 质子传导性能测试：采用电化学阻抗谱（EIS）测量电导率，发现双膦酸-咪唑两性离子与依替膦酸形成的DES电导率最高（1.44×10⁻³ S/cm）。

2. 聚合物基共晶凝胶的制备与性能

固化策略：以聚乙烯醇（PVA）和聚氧化乙烯（PEO）的物理缠结网络固化DES。
关键实验：
- 力学性能测试：拉伸实验表明，PEO的引入显著提高断裂伸长率（从200%提升至600%）。
- 自愈合与可回收性：PVA/PEO共晶凝胶在切断后24小时内可自愈合，且可通过溶解-再成型实现回收。
- 应用验证：选用弹性最佳的样品（A1O2）组装形变传感器，实现了高灵敏度信号响应（应变灵敏度系数GF=2.5）。

3. 多金属氧簇（POMs）杂化共晶凝胶的制备

创新点：以质子导体POMs（如磷钨酸）作为超分子交联剂，通过静电和氢键作用溶解并固化DES。
实验结果：
- 力学性能：杂化凝胶的拉伸强度达2.1 MPa，且表现出剪切变稀行为（类似高分子流体）。
- 超质子传导：POMs表面的氧原子作为质子跳跃位点，使凝胶电导率室温下达10⁻³ S/cm，且力学性能与质子传输解耦。
- 超级电容器应用：以电导率最高的样品（P4P1/PW0.4）组装的超级电容器，在5000次循环后容量保持率超过90%。

主要结果与逻辑关联

1. 两性离子设计：阴离子基团（膦酸>羧酸>磺酸）决定DES的质子传导能力，双膦酸基DES电导率最优。
   
2. 聚合物网络优化：PVA/PEO双网络解决了单一PVA凝胶脆性问题，同时保留自愈合特性。
   
3. POMs杂化策略：通过超分子作用实现DES固化，POMs的质子跳跃位点赋予凝胶“超质子传导”行为。
   

结论与价值

科学价值：
1. 提出两性离子作为DES氢键受体的新设计策略，拓展了质子传导型DES的分子库；
2. 通过聚合物和POMs固化DES，解决了质子导体中机械性能与电导率的矛盾。

应用价值：
- 柔性共晶凝胶可用于高灵敏度形变传感器；
- 超质子传导凝胶为高温/低湿条件下工作的超级电容器提供了新型电解质材料。

研究亮点

1. 分子设计创新：首次将两性离子阴离子基团差异与DES质子传导性能关联。
   
2. 多网络协同：PVA/PEO双网络兼具高弹性和自愈合能力，优于传统单网络凝胶。
   
3. 超分子固化：POMs作为动态交联剂，同时提升力学强度和质子电导率，突破了传统电解质的性能瓶颈。
   

其他贡献：
- 为开发非水质子导体提供了新思路，尤其在极端环境（如高温、无水）能源器件中具有潜力。