氢键网络工程构建共价有机框架-聚芳基哌啶离子传导网络用于高性能阴离子交换膜燃料电池

本文创新性地通过氢键网络将离子液体剥离的哌嗪基共价有机框架(Spip-COF)与聚乙二醇功能化聚芳基哌啶(QPBTP-PEG)复合，开发出QPBTP@Spip-COF-X系列杂化膜。该膜在80°C下展现150.15 mS cm?1的优异氢氧根电导率和仅10.68%的低溶胀率，组装的膜电极实现918.6 mW cm?2的峰值功率密度和100小时稳定运行，为阴离子交换膜(AEM)的多尺度界面调控提供了新范式。

　　

Highlight

本研究通过分子工程策略成功构建了QPBTP@Spip-COF-X（X=0,3,5,7,9）杂化膜体系。离子液体剥离的哌嗪基共价有机框架(Spip-COF)与聚乙二醇修饰的聚芳基哌啶(QPBTP-PEG)通过氢键网络形成协同作用，其中Spip-COF的有序孔道与聚合物中的哌啶鎓阳离子构建高效离子传输网络。

Materials

实验采用[C₈mim][Br]离子液体、哌嗪、四醛基联苯(A1)等原料，所有试剂均来自上海毕得医药科技和阿拉丁试剂公司。关键溶剂包括二氯甲烷(DCM)、二甲基亚砜(DMSO)和N-甲基吡咯烷酮(NMP)。

Synthesis and characterization of Spip-COF

通过溶剂热法合成Pip-COF后（图1a），创新性地采用[C₈mim][Br]离子液体剥离处理。这种策略性剥离不仅破坏了COFs的层间π-π堆积结构，显著提高材料溶解性，更暴露出更多可用于形成氢键的表面氮位点。

Conclusion

我们成功将离子液体剥离的哌嗪基COFs与含PEG侧链的聚芳基哌啶复合，开发出具有氢键网络结构的新型杂化AEMs。优化的QPBTP@Spip-COF-7膜展现出突破性的150.15 mS cm^?1氢氧根电导率和918.6 mW cm^?2的峰值功率密度，其性能远超其他多孔材料杂化膜。