中國科大等在多孔有機聚合物離子膜材料研究中取得進展

　　近日，中國科學技術大學教授徐銅文課題組與國際同行合作，在多孔有機聚合物離子膜材料研究中取得新進展，首次製備了系列自具微孔結構的陰離子交換膜材料。該研究成果發表在8月9日的《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201605916)。論文第一作者為課題組的博士後楊正金。

　　鹼性陰離子交換膜的核心部件——陰離子交換膜的研究已成為國內外的熱點問題，其關鍵的科學問題包括如何提高陰離子交換膜的離子傳導性能；如何增強其機械性能，尤其在含有高密度離子交換基團時膜材料的機械性能問題；如何獲得強鹼性條件下的高穩定性。

　　針對這些挑戰，中國科大徐銅文課題組與國際同行Neil. B. McKeown和Michael D. Guiver等合作，利用Troger’s Base結構中V型的剛性結構，阻止聚合物鏈段的有效堆積，首次製備了系列自具微孔結構的陰離子交換膜材料，實驗中所涉及的單體來源於商業化的小分子，合成過程簡單，不需高溫高壓，在室溫下使用常用試劑即可完成。膜內微孔尺寸大小在0.8 nm左右，其BET表面積在38-899 m²/g，對所獲得的陰離子交換膜離子傳導特性研究發現，該類膜材料可以在非常低的離子交換容量下，實現超高的離子傳導特性，比如在離子交換容量僅為 0.82 mmol/g時，DMBP-QTB膜的OH-電導率可高達164.4 mS/cm，遠高於其他已報導的陰離子交換膜。

　　這一研究結果表明，多孔有機聚合物中貫通的孔道結構對實現陰離子的快速傳遞具有重要意義；陰離子在受限空間中具有不同於緻密膜結構的傳質特性。審稿人評價認為：「這是一個非常有趣的工作，他們利用了商業化的試劑，製備了高性能的陰離子交換膜。所得材料各個方面的表徵很完整，性能令人驚嘆。這一類聚合物基的陰離子膜將在整個燃料電池的研究群體中引起非常廣泛的研究興趣。」

    上述研究得到了科技部「973」項目、國家自然科學基金和教育部能源材料化學協同創新中心、中國博士後基金項目和青年創新基金項目等經費的支持。

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圖1. Troger’s Base基高電導性能陰離子交換膜及潛在燃料電池應用

圖2. Troger’s Base陰離子交換膜離子傳導性能

　　近日，中國科學技術大學教授徐銅文課題組與國際同行合作，在多孔有機聚合物離子膜材料研究中取得新進展，首次製備了系列自具微孔結構的陰離子交換膜材料。該研究成果發表在8月9日的《德國應用化學》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201605916)。論文第一作者為課題組的博士後楊正金。
　　鹼性陰離子交換膜的核心部件——陰離子交換膜的研究已成為國內外的熱點問題，其關鍵的科學問題包括如何提高陰離子交換膜的離子傳導性能；如何增強其機械性能，尤其在含有高密度離子交換基團時膜材料的機械性能問題；如何獲得強鹼性條件下的高穩定性。
　　針對這些挑戰，中國科大徐銅文課題組與國際同行Neil. B. McKeown和Michael D. Guiver等合作，利用Troger’s Base結構中V型的剛性結構，阻止聚合物鏈段的有效堆積，首次製備了系列自具微孔結構的陰離子交換膜材料，實驗中所涉及的單體來源於商業化的小分子，合成過程簡單，不需高溫高壓，在室溫下使用常用試劑即可完成。膜內微孔尺寸大小在0.8 nm左右，其BET表面積在38-899 m2/g，對所獲得的陰離子交換膜離子傳導特性研究發現，該類膜材料可以在非常低的離子交換容量下，實現超高的離子傳導特性，比如在離子交換容量僅為 0.82 mmol/g時，DMBP-QTB膜的OH-電導率可高達164.4 mS/cm，遠高於其他已報導的陰離子交換膜。
　　這一研究結果表明，多孔有機聚合物中貫通的孔道結構對實現陰離子的快速傳遞具有重要意義；陰離子在受限空間中具有不同於緻密膜結構的傳質特性。審稿人評價認為：「這是一個非常有趣的工作，他們利用了商業化的試劑，製備了高性能的陰離子交換膜。所得材料各個方面的表徵很完整，性能令人驚嘆。這一類聚合物基的陰離子膜將在整個燃料電池的研究群體中引起非常廣泛的研究興趣。」
    上述研究得到了科技部「973」項目、國家自然科學基金和教育部能源材料化學協同創新中心、中國博士後基金項目和青年創新基金項目等經費的支持。
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圖1. Troger’s Base基高電導性能陰離子交換膜及潛在燃料電池應用

圖2. Troger’s Base陰離子交換膜離子傳導性能