基于奎奴克林鎓的微孔阴离子交换膜在水电解中的应用

《ANGEWANDTE CHEMIE-INTERNATIONAL EDITION》：Quinuclidinium-Based Microporous Anion Exchange Membranes for Water Electrolysis

质子交换膜水电解制氢研究：开发具有微孔结构和高碱稳定性的季铵盐基阳离子交换膜（PTPQ-Trip），在10M NaOH中实现OH?电导率99.95%的长期稳定性，微孔结构使离子扩散系数提升1.6倍，电解槽在30°C、5M KOH下连续运行1200小时并耐受启停操作，为可再生能源制氢提供新方案。

　　

图形摘要

为了水电解，研究人员开发了一种具有极高碱性稳定性和由孔隙结构引起的优异导电性的微孔阳离子交换膜（AEM）。所研究的聚（三联苯-三苯并喹啉鎓）（PTPQ-Trip）膜展现了优异的OH^?导电性以及创纪录的碱性稳定性。采用PTPQ-Trip膜的水电解器能够承受不同的温度、电流密度、碱性浓度以及操作中断，并且能够在高碱性条件下持续运行。这项工作为利用可再生能源进行水电解提供了可能。

摘要

阴离子交换膜水电解（AEMWE）是一种有前景的绿色氢气生产方法；然而，其性能受到阴离子交换膜（AEM）较低OH^?导电性和不足的碱性稳定性的限制。在本研究中，我们报道了一系列基于喹啉鎓的AEM，这些膜具有分支结构和微孔结构，在80°C、10 M NaOH条件下经过3100小时后仍能保持99.95%的OH^?导电率。通过调节分支单元的刚性以限制链的堆积，成功形成了微孔结构，从而提高了OH^?的传输效率。在聚（三联苯-三苯并喹啉鎓）（PTPQ-Trip）膜中，这种微孔结构使OH^?的扩散系数提高了1.6倍。配置有PTPQ-Trip膜和镍合金催化剂的AEMWE系统能够在5 M KOH条件下承受不同的碱性浓度，并产生2.8 A cm^?2的氢气生成电流密度；该系统在2.0 V电压下可连续运行1200小时以上，期间允许人为地中断操作。实验表明，该系统在交替的操作电流密度和不同的电解质温度下仍能保持稳定运行。这项工作强调了耐碱性微孔AEM的重要性，并展示了AEMWE利用可再生能源生产氢气的潜力。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。