调控π共轭杂环聚(亚芳基-亚烷基)阴离子交换膜的结构-性能关系以实现高性能水电解

《Advanced Science》：Tailoring Structure–Property Relationships in π-Conjugated Heterocyclic Poly(arylene alkylene) Anion-Exchange Membranes for High-Performance Water Electrolysis

　　

阴离子交换膜水电解（AEMWE）是一种可持续制氢的前景技术，但其实际应用受到阴离子交换膜（AEMs）的氢氧化物电导率与碱性稳定性之间权衡的限制。研究人员报道了一种分子设计策略，通过柔性侧链将季铵阳离子连接到π共轭杂环主链聚合物上，从而调控离子传输路径和膜稳定性。合成了含有对三联苯与二苯并呋喃（DBF）或二苯并噻吩（DBT）单元的耐久阳离子共聚物。实验与理论相结合的研究建立了将杂原子化学与水合、微相形态和离子传输联系起来的结构-性能关系。DBF单元促进致密的氢键网络，而DBT单元增强离子-偶极相互作用并诱导更明显的微相分离。因此，优化的基于DBF和DBT的膜在80°C下的氢氧化物电导率分别超过180和200 mS cm^?1。在使用非贵金属催化剂的AEMWE中，这些膜在2 V下的电流密度分别高于4.1和5.1 A cm^?2。基于DBT的膜还在1 A cm^?2和60°C下维持稳定运行超过1600小时。这项工作建立了结构-性能关系，并为基于π共轭杂环主链单元的高导电、耐久AEMs提供了一种实用的分子设计策略。

论文解读

全球气候危机和对化石燃料的依赖加速了以氢能、风能和太阳能为基础的可再生能源转型。水电解可将间歇性可再生能源转化为可