三氟甲基化和磺化的聚苯类材料作为燃料电池的质子交换膜

《ACS Applied Polymer Materials》：Trifluoromethylated and Sulfonated Polyphenylenes as Proton Exchange Membranes for Fuel Cells

磺化聚苯乙烯离子膜中引入三氟甲基苯环，显著提升质子电导率至563 mS/cm2（80°C），功率密度达846 mW/cm2，优于Nafion膜，因三氟甲基降低主链刚性并减少电阻。

　　

磺化聚苯（SPPs）因其优异的热稳定性和化学稳定性而被视为最有前景的下一代质子交换膜（PEMs）之一。在这项研究中，设计并合成了一系列具有不同离子交换容量（IECs，范围为3.0–4.0 mequiv g^–1）的磺化聚苯离子聚合物，其中SPP-TP-13tfm（“13”表示CF₃的取代位置）含有三氟甲基苯基。尽管聚苯主链本身具有刚性，但引入三氟甲基显著提高了膜的成型性能，因为它大大缩短了聚苯主链的链长。在80 °C时，SPP-TP-13tfm-4.0膜的质子传导率高达563.0 mS cm^–1，远高于Nafion NRE 211膜（160.8 mS cm^–1）。此外，在30%相对湿度和80 °C的条件下，通过通入H₂/空气，SPP-TP-13tfm-4.0膜的最大功率密度（846 mW cm^–2）比Nafion NRE 211膜（729 mW cm^–2，电阻为109 mΩ cm²）提高了16.1%，这得益于其较低的电阻值（71 mΩ cm²）。因此，含有三氟甲基的SPPs为下一代质子交换膜提供了一种有前景的解决方案。