基于淀粉诱导磷酸保持策略实现高温下PBI膜高稳定质子传导

《Journal of Membrane Science》：Achieving High and Stable Proton Conductivity in PBI Membranes at Elevated Temperatures via Starch-Induced Phosphoric Acid Retention

本文针对高温质子交换膜（HT-PEM）中磷酸（PA）易流失导致导电性下降的行业难题，创新性地提出通过淀粉构建稳定氢键网络的新策略。研究团队成功制备的淀粉-PBI复合膜（St-OPBI-GO）在低PA掺杂量（3.04 mol H3PO4）下实现0.19 S/cm的高质子电导率，并在200℃高温下保持稳定性能。分子动力学模拟证实淀粉羟基与PA分子、PBI链形成致密氢键网络，该设计为HT-PEMFCs（高温质子交换膜燃料电池）的商业化应用提供了新思路。

　　

亮点

为应对磷酸（PA）流失导致的导电性下降问题，本研究提出创新解决方案：利用淀粉-PA基氢键网络构建稳定的质子传输通道，而非单纯依赖PA分子。淀粉通过维持连续的跨膜氢键网络，使PA/PBI主导的质子跳跃路径更加稳固可重现。基于该策略，成功制备了一系列新型PA掺杂St-OPBI-GO膜...

PA掺杂St-OPBI-GO膜的制备

在制备过程中，OPBI和淀粉（St）首先充分溶解于GO-NMP溶液，随后浇铸成膜并进行磷酸（PA）掺杂。淀粉结构中的含氧基团通过构建稳定氢键网络，有效促进质子传导和PA吸附。质子传输通道由PA分子和淀粉丰富含氧基团共同构建的氢键网络形成。根据Grotthuss机制，质子沿氢键网络跳跃传导...

结论

为解决PA流失导致的导电性下降问题，本研究提出有效策略：利用淀粉-PA基氢键网络构建稳定质子传输通道，替代单纯依赖PA分子的传统方式。淀粉有助于维持连续跨膜氢键网络，增强PA/PBI主导质子跳跃路径的稳健性和可重现性。基于该策略制备的新型PA掺杂St-OPBI-GO膜展现出...（翻译内容持续至第二个结论部分完整呈现）