低磷酸掺杂聚苯并咪唑膜：优异质子传导性与长期稳定性助力燃料电池应用

本文设计了一种新型离子液体（IL）[BHCP]Br4，通过其疏水链和季铵（QA）基团与醚键聚苯并咪唑（OPBI）交联，显著提升高温质子交换膜（HT-PEM）的磷酸（PA）保留率（240小时测试达81.0%）和质子导率（180°C时106.0 mS cm?1），其峰值功率密度达878 mW cm?2，为HT-PEM燃料电池（HT-PEMFC）提供高性能材料解决方案。

　　

结构表征

通过¹H NMR分析离子液体的结构。如图1(a)所示，3.22 ppm和3.3 ppm处的吸收峰表明N,N-二甲基丁胺已完成季铵化，证明[BBDh]Br的成功制备。在1,4-双(2-氯乙基)哌嗪分子结构中，氢原子的化学位移位于2.29 ppm。而季铵化反应导致3.52 ppm和3.68 ppm处出现新特征峰，进一步验证了目标结构的形成。

结论

本研究制备了一种新型离子液体[BHCP]Br₄，其每个分子包含两条柔性疏水烷基链和四个季铵（QA）基团。通过亲核取代反应将[BHCP]Br₄引入OPBI，成功构建交联型OPBI-BHCP-X膜。紧密的交联结构和密集的QA基团显著提升了磷酸（PA）保留能力，在80°C/40%相对湿度（RH）条件下保留率达82.1%，在160°C/0% RH条件下更高达93.7%。此外，柔性链结构可有效抵抗自由基攻击，为膜材料在苛刻工况下的长期稳定性提供保障。