MOF掺杂磺化聚苯并咪唑质子交换膜的制备与表征

《Journal of Applied Polymer Science》：Preparation and Characterization of MOF-Doped Sulfonated Polybenzimidazole Proton Exchange Membranes

质子交换膜SPBI@UN中UiO-66-NH2掺杂比例优化至15 wt%可同时提升质子电导率（0.090 S/cm2@160°C）和拉伸强度（16.79 MPa），降低PA摄取138.6%和肿胀率，在单电池测试中实现140°C下658 mW/cm2峰值功率密度。

　　

摘要

高浓度的磷酸（PA）掺杂会严重损害聚苯并咪唑质子交换膜（PEMs）的机械性能，同时还会导致磷酸从膜中渗出。因此，需要在高磷酸掺杂带来的优异质子传输性能与机械性能下降之间找到平衡。在本研究中，合成了磺化聚苯并咪唑（SPBI），并通过将氨基功能化的金属有机框架材料UiO-66-NH₂（UN）掺入SPBI中，制备了不同掺杂水平的SPBI@UN PEMs。实验发现，当UN的掺杂比例不超过15 wt%时，经过磷酸处理后，SPBI@UN PEMs的质子导电率和拉伸强度随UN掺杂比例的增加而提高，而磷酸的吸附量和膜的膨胀率则相应降低。在160°C和30%相对湿度条件下，SPBI@UN15%膜的质子导电率达到0.090 S cm^-1，其磷酸吸附量仅为138.6%，显著优于磷酸吸附量为174.7%的SPBI膜（质子导电率为0.044 S cm^-1）。此外，掺杂磷酸后，SPBI膜的拉伸强度从11.48 MPa提高到了SPBI@UN15%膜的16.79 MPa。在单电池测试中，SPBI@UN15%膜表现出优异的性能，在140°C时达到了658 mW cm^-2的峰值功率密度。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。