层状薄层MoS2介导的界面配位交联聚芳醚酮阴离子交换膜：离子传输与结构稳定性的协同增强

本文推荐：研究团队通过聚芳醚酮（PAEK）交联与层状MoS2掺杂的协同策略，开发出兼具高离子电导率（80°C下142.22 mS/cm）和优异碱稳定性的阴离子交换膜（AEM）。Mo4+/Mo6+与吡啶氮的配位作用联合分子间交联，实现了OH-传输效率与机械强度（41.21 MPa）的平衡，为电解水制氢（AEMWE）提供了新型膜材料解决方案。

　　

Highlight

本研究通过MoS₂掺杂与化学交联的协同设计，在聚芳醚酮（PAEK）阴离子交换膜（AEM）中构建了高效离子传输网络。薄层MoS₂的金属相（1T-MoS₂）通过π-共轭与PAEK形成界面耦合，显著提升电子传导性，其层间通道更使OH^-扩散速率较纯聚合物基质提高3倍以上。

Materials

实验采用3,3',5,5'-四甲基联苯-4,4'-二醇（纯度99.98%）与4,4-二氟二苯甲酮（99%）缩聚合成PAEK骨架，经N-溴代琥珀酰亚胺（NBS）溴化后，通过1-乙烯基咪唑交联形成三维网络。MoS₂纳米片通过超声剥离法获得，其半导体相（2H-MoS₂）与金属相（1T-MoS₂）共存的特征为膜提供了多重功能位点。

Structure characterization

核磁共振（¹HNMR）显示PAEK中2.12 ppm处的特征峰对应可溴化链段的苄基质子（图2a）。交联后，咪唑环质子峰出现在6.5-7.5 ppm区间，X射线光电子能谱（XPS）证实Mo⁴⁺（229.1 eV）与Mo⁶⁺（232.8 eV）的配位作用，这种"空轨道-孤对电子"相互作用稳定了界面结构。

Conclusions

0.2-MoS₂@I-PAEK膜在60°C强碱（1 M KOH）中浸泡1400小时后，离子电导率仍保持110 mS/cm以上，其电解槽组件的电压衰减率低至0.81 mV/h。该工作为设计兼具"高导-高稳"特性的AEM提供了新思路——通过无机相（MoS₂）的纳米限域效应与有机相（PAEK）的分子工程协同调控离子通道微环境。