聚苯并咪唑-聚苯硫醚复合凝胶膜：高浓度碱性电解水制氢的耐久性突破

本文创新性地采用溶胶-凝胶法制备了磺化聚苯硫醚（sPPS）增强的凝胶聚苯咪唑（PBI）复合膜（G-PBI-sPPS-X），解决了传统离子溶剂化膜（ISM）在碱性电解水（AWE）中机械强度不足和过度溶胀的难题。该膜在6 M KOH、80°C条件下展现出847 mS cm?1的超高氢氧根电导率，并实现1300小时碱性环境稳定运行，其性能优于多数阴离子交换膜（AEM）和ISM，为无贵金属催化剂（如Ni4Mo/MoO2）的高效制氢提供了新策略。

　　

Highlight

本研究通过溶胶-凝胶工艺将磺化聚苯硫醚（sPPS）网格嵌入聚苯并咪唑（PBI）离子溶剂化凝胶膜，开发出兼具高机械强度和超导离子性能的复合膜。这种"刚柔并济"的设计让G-PBI-sPPS-150膜在6 M KOH强碱环境下仍保持847 mS cm^?1的电导率，就像给膜装上了"防弹衣+高速公路"的组合装备。

Materials

实验采用3,3′-二氨基联苯胺（DAB）和对苯二甲酸（TPA）为原料，以多聚磷酸（PPA）为溶剂合成PBI，并用硫酸磺化处理聚苯硫醚（PPS）网格。这种"化学裁缝"工艺使sPPS既保持骨架强度，又获得亲水性表面。

Synthesis and characterization

如图1所示，热PPA溶液渗透进sPPS网格后，通过冷磷酸水解触发溶胶-凝胶转变，就像"液态钢铁浇铸进增强网"。厚度150-300 μm的复合膜展现出优异的尺寸稳定性，在80°C碱液中浸泡后仍保持"零皱缩"状态。

Conclusions

该研究为碱性电解水（AWE）提供了一种"三高"膜材料：高电导（>800 mS cm^?1）、高强度（拉伸强度达45 MPa）、高稳定性（500小时衰减仅142.2 μV h^?1）。特别值得注意的是，使用非贵金属催化剂Ni₄Mo/MoO₂时，电流密度仍达5.69 A cm^?2，这相当于用"平价合金"实现了"铂族金属"的催化效果。