近日，中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授徐銅文課題組與國際同行合作，在多孔有機(jī)聚合物離子膜材料研究中取得新進(jìn)展，首次制備了系列自具微孔結(jié)構(gòu)的陰離子交換膜材料。該研究成果發(fā)表在8月9日的《德國應(yīng)用化學(xué)》上(Angew. Chem. Int. Ed., 2016, DOI: 10.1002/anie.201605916)。論文第一作者為課題組的博士后楊正金。

　　堿性陰離子交換膜的核心部件——陰離子交換膜的研究已成為國內(nèi)外的熱點(diǎn)問題，其關(guān)鍵的科學(xué)問題包括如何提高陰離子交換膜的離子傳導(dǎo)性能；如何增強(qiáng)其機(jī)械性能，尤其在含有高密度離子交換基團(tuán)時(shí)膜材料的機(jī)械性能問題；如何獲得強(qiáng)堿性條件下的高穩(wěn)定性。

　　針對(duì)這些挑戰(zhàn)，中國科大徐銅文課題組與國際同行Neil. B. McKeown和Michael D. Guiver等合作，利用Troger’s Base結(jié)構(gòu)中V型的剛性結(jié)構(gòu)，阻止聚合物鏈段的有效堆積，首次制備了系列自具微孔結(jié)構(gòu)的陰離子交換膜材料，實(shí)驗(yàn)中所涉及的單體來源于商業(yè)化的小分子，合成過程簡單，不需高溫高壓，在室溫下使用常用試劑即可完成。膜內(nèi)微孔尺寸大小在0.8 nm左右，其BET表面積在38-899 m2/g，對(duì)所獲得的陰離子交換膜離子傳導(dǎo)特性研究發(fā)現(xiàn)，該類膜材料可以在非常低的離子交換容量下，實(shí)現(xiàn)超高的離子傳導(dǎo)特性，比如在離子交換容量僅為 0.82 mmol/g時(shí)，DMBP-QTB膜的OH-電導(dǎo)率可高達(dá)164.4 mS/cm，遠(yuǎn)高于其他已報(bào)道的陰離子交換膜。

　　這一研究結(jié)果表明，多孔有機(jī)聚合物中貫通的孔道結(jié)構(gòu)對(duì)實(shí)現(xiàn)陰離子的快速傳遞具有重要意義；陰離子在受限空間中具有不同于致密膜結(jié)構(gòu)的傳質(zhì)特性。審稿人評(píng)價(jià)認(rèn)為：“這是一個(gè)非常有趣的工作，他們利用了商業(yè)化的試劑，制備了高性能的陰離子交換膜。所得材料各個(gè)方面的表征很完整，性能令人驚嘆。這一類聚合物基的陰離子膜將在整個(gè)燃料電池的研究群體中引起非常廣泛的研究興趣。”

    上述研究得到了科技部“973”項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金和教育部能源材料化學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心、中國博士后基金項(xiàng)目和青年創(chuàng)新基金項(xiàng)目等經(jīng)費(fèi)的支持。

圖1. Troger’s Base基高電導(dǎo)性能陰離子交換膜及潛在燃料電池應(yīng)用

圖2. Troger’s Base陰離子交換膜離子傳導(dǎo)性能