环状铵基团构筑的高耐久性聚(芴-交替-四氟苯)阴离子传导膜：合成、性能及其在能源器件中的意义

本研究针对阴离子交换膜(AEM)在碱性质子交换膜水电解槽和燃料电池中长期运行面临的耐久性问题，开发了具有环状铵基团（如奎宁环鎓和哌啶鎓）的新型聚(芴-alt-四氟苯)阴离子传导膜。该膜在80°C水中表现出高OH?电导率(>100 mS cm?1)，其碱性耐久性显著优于含线性烷基三甲基铵的传统聚合物，其中哌啶鎓基聚合物在8 M NaOH加速测试中240小时仍保持稳定电导率，为高性能能源转换器件提供了关键材料基础。

　　

碱性耐久性（alkaline durability）是阴离子交换膜（AEM）在碱性质子交换膜水电解槽（anion exchange membrane water electrolyzers）和燃料电池中长期稳定运行的核心挑战。研究人员通过模型低分子量芴（fluorene）化合物研究发现，位于烷基侧链末端的环状铵基团——特别是奎宁环鎓（quinuclidinium）和哌啶鎓（piperidinium）——表现出卓越的耐碱降解特性。

基于这一发现，团队成功将上述环状铵基团嵌入高分子量聚(芴-交替-四氟苯)（poly(fluorene-alt-tetrafluorophenylene)）骨架中，制备出新型阴离子传导膜。该膜在80°C水环境中展现出超过100 mS cm^?1的高氢氧根离子（OH^?）电导率，其碱性耐久性显著优于携带线性烷基三甲基铵（linear alkyl trimethyl ammonium）基团的同类聚合物。

特别值得注意的是，哌啶鎓功能化的聚合物在加速耐久性测试中表现最为突出：在80°C、8 M氢氧化钠（NaOH）的苛刻条件下持续240小时，其离子电导率几乎未发生衰减。这一突破为开发长寿命、高效率的阴离子交换膜能源转换技术提供了重要的材料设计策略。