诊断机制以减轻在纯净水电解过程中阴离子交换离子聚合物的降解

《Energy & Environmental Science》：Diagnosing mechanisms to mitigate anion exchange ionomer degradation during impure water electrolysis

阴离子交换膜水电解槽（AEMWEs）中PiperION离子膜在盐电解质中的降解机制研究。通过X射线光电子能谱和电化学质谱分析，发现存在自由基介导的离子膜氧化和Cl?介导的聚合物主链氯化两种降解途径，其中阳极条件下Cl?与自由基反应生成C-Cl键，阴极氧化产生CO?。实验证明添加TEMPO可抑制氧化反应，延长膜寿命。研究结果为提升AEM膜抗降解能力及优化水电解槽长期运行稳定性提供了理论依据。

　　

阴离子交换膜水电解器（AEMWEs）为生产低成本氢气（H?）提供了一种途径；然而，阴离子交换膜的耐久性可能会受到离子聚合物降解和水源杂质的影响。在本研究中，我们评估了常见阴离子离子聚合物PiperION在阳极条件和化学氧化条件下，在含盐电解质（0.5 M NaCl）中的化学和电化学降解途径。基于X射线光电子能谱和电化学质谱数据，我们提出了两种降解途径：自由基介导的离子聚合物氧化和化学介导的聚合物主链氯化。我们将PiperION主链上C–Cl共价键的形成归因于在Cl?存在下的阳极电化学条件下产生的游离氯。通过使用2,2,6,6-四甲基哌啶-1-氧（TEMPO）可以显著抑制离子聚合物氧化，这种物质可能具有自由基清除作用，其特征是C–O/C≡O键的形成和二氧化碳（CO?）的生成。这些发现为提高阴离子交换聚合物的耐久性以及设计能够适应长期运行中各种变化条件的AEMWE技术提供了见解。