这篇文档属于类型a，即报告了一项原创性研究。以下是针对该研究的学术报告：

主要作者及研究机构
该研究由Zhiming Liang、Tan P. Nguyen、N. Harsha Attanayake、Alexandra D. Easley、Jodie L. Lutkenhaus、Karen L. Wooley和Susan A. Odom共同完成。研究机构包括美国肯塔基大学化学系、德克萨斯农工大学化学系、材料科学与工程系以及化学工程系。研究于2022年7月12日发表在《Materials Advances》期刊上。

学术背景
该研究属于能源存储领域，特别是非水系有机氧化还原液流电池（non-aqueous organic redox flow batteries, NAORFBs）的研究。随着可再生能源（如太阳能和风能）的间歇性特点，大规模能源存储系统成为科学界关注的焦点。传统的氧化还原液流电池（RFBs）依赖钒等矿产资源，但其价格因供应短缺而上涨。作为替代，有机氧化还原活性材料因其丰富性和合成多样性而备受关注。然而，有机材料的低溶解性、可持续性和交叉渗透问题仍是NAORFBs发展的主要挑战。本研究旨在开发一种基于多肽的金属自由NAORFBs，以解决这些问题。

研究目标
研究的主要目标是设计并测试一种基于α-螺旋多肽的NAORFBs，评估其电化学性能、交叉渗透行为以及长期循环稳定性，并探索其在可持续能源存储中的应用潜力。

研究流程
研究分为以下几个主要步骤：

1. 多肽合成与表征

   • 研究合成了两种氧化还原活性多肽：基于Tempo（2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧基）的阴极电解液和基于紫精（viologen）的阳极电解液。
     
   • 通过离子交换将紫精多肽的碘离子替换为双(三氟甲磺酰)亚胺（TFSI）阴离子，以提高其在有机电解质中的溶解性。
     
   • 使用圆二色光谱（CD）和傅里叶变换红外光谱（FTIR）对多肽的结构进行表征，确认其α-螺旋构象。
     

2. 交叉渗透测试

   • 使用H型电池（H-cell）评估多肽及其小分子类似物在不同膜（Daramic 175和FAPQ 375 PP）中的交叉渗透行为。
     
   • 通过循环伏安法（CV）定量分析渗透率，发现FAPQ 375 PP膜能有效减少多肽的交叉渗透。
     

3. 电池组装与电化学测试

   • 组装了基于多肽的NAORFBs，并进行了电化学阻抗谱（EIS）和恒电流循环测试。
     
   • 测试了不同电流密度下的电池性能，评估了电池的容量利用率和库仑效率。
     

4. 循环后分析

   • 使用CV、CD和FTIR对循环后的电解液进行分析，评估多肽的电化学稳定性和降解行为。
     

主要结果
1. 多肽合成与表征
- 成功合成了具有α-螺旋结构的氧化还原活性多肽，其溶解性和电化学性能优于小分子类似物。

1. 交叉渗透测试

   • FAPQ 375 PP膜显著减少了多肽的交叉渗透，渗透率远低于Daramic 175膜。
     

2. 电池性能

   • 多肽NAORFBs在10 mA cm⁻²的电流密度下表现出1.1 V的输出电压和0.53 A h L⁻¹的容量（理论容量的39%）。
     
   • 在500次充放电循环后，电池仍保留了60%的初始容量，库仑效率高达99.5%。
     

3. 循环后分析

   • 循环后多肽的α-螺旋结构和酯键保持稳定，但氧化还原活性基团（特别是紫精基团）发生了部分降解。
     

结论
该研究成功开发了一种基于多肽的金属自由NAORFBs，展示了其在可持续能源存储中的应用潜力。多肽的α-螺旋结构和酯键在电化学循环中表现出良好的稳定性，但氧化还原活性基团的降解仍需进一步优化。研究为开发大规模、可持续的能源存储系统提供了新思路。

研究亮点
1. 创新性：首次将α-螺旋多肽应用于NAORFBs，展示了其在减少交叉渗透和提高循环稳定性方面的优势。
2. 可持续性：多肽材料可降解，符合绿色化学理念。
3. 高性能：电池在长期循环中表现出高库仑效率和低容量衰减。

其他价值
该研究为未来开发更多结构化聚合物电解质提供了参考，特别是在减少交叉渗透和提高电化学稳定性方面。此外，研究还提出了通过改进氧化还原活性基团和优化电解质浓度来进一步提升电池性能的可能性。

以上报告详细介绍了该研究的背景、流程、结果和意义，为相关领域的研究者提供了全面的参考。