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锌季铵酞菁(Pc)侧链铸成Pc-PPO-y阴离子交换膜
发布时间:2020-12-25     作者:axc   分享到:

利用酞菁这类大环分子的自聚集特性,强迫阳离子基团有序堆叠,从而构造OH-传递快速通道。我们通过在溴代聚2,6-二甲基-1,4-亚苯基氧化物(BPPO)环上引入含有4个季铵基团的锌季铵酞菁(Pc)侧链,铸成Pc-PPO-y阴离子交换膜(图1d)。其设计思路是:每个QAPc含有四个季铵基团(QA),因此酞菁侧链可以作为多阳离子处理,这些多阳离子基团可以吸引H2O和OH-离子形成传输区域;而QAPc中的酞菁大环之间的强π-π相互作用可迫使这些带正电荷的头部基团(-N(CH3)3+)紧密堆叠,从而形成有序的亲/疏水OH-通道,进而实现在不增加IEC的前提下, OH-传导性提升的效果。因此,与常规的构筑AEM的方法相比,这种方法不仅能够增加膜的电导率和强韧性,还能构筑有序的离子通道。

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如图2所示,由该方法获得的阴离子交换膜Pc-PPO-10成功实现了在80℃高达236.2 mS cm-1OH-电导率,这一水平已经超过了Nafion质子交换膜。

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通过如图3所示的粗粒度分子动力学(CG-MD)模拟探究了QAPc的聚集行为和对OH-传输行为的影响。可以看到, Pc-PPO-10膜中有5个以上的酞菁大环有序堆叠,从而形成OH-通道,为OH-离子提供了更加的迁移环境,其OH-的均方位移(MSD)相较无酞菁环的膜体系提升接近1倍。得益于此,该类Pc-PPO-10在碱性燃料电池体系中,单电池的峰值功率密度可达343.8 mW cm-2@80℃。

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