季铵化卟啉交联聚苯并咪唑双离子对结构膜：提升高温质子交换膜（HT-PEM）的质子传导性与稳定性

本文推荐：研究者通过卤代卟啉（TBPP）交联聚[2,2′-(对氧二亚苯基)-5,5′-联苯并咪唑]（OPBI）并季铵化，构建了具有双离子对结构的QTBPP-OPBI膜。该设计通过卟啉环质子化和季铵基团协同作用，显著提升膜-磷酸（PA）相互作用能及H2PO4-含量，使0.81-QTBPP-OPBI膜在180°C下质子电导率达345 mS·cm-1，燃料电池峰值功率密度提升3.2倍，且稳定性超200小时，为PA-PBI膜性能优化提供了新策略。

　　

Highlight

高磷酸（PA）保留稳定性和卓越的质子传导性对磷酸掺杂聚苯并咪唑（PA-PBI）膜作为高温质子交换膜（HT-PEM）的实际应用至关重要。本研究通过卤代卟啉（TBPP）交联OPBI并季铵化，制备了QTBPP-OPBI膜。基于机械强度优异的交联框架，通过卟啉环质子化和季铵基团引入构建双离子对结构，同步增强聚合物-PA相互作用能并提升膜内H₂PO₄^-含量，从而显著改善PA掺杂稳定性和质子传导性。0.81-QTBPP-OPBI膜在180°C下质子电导率达345 mS·cm^-1，160°C时峰值功率密度为576.6 mW·cm^-2，较OPBI膜分别提升5.1倍和3.2倍，且燃料电池稳定性超过200小时。

Conclusions

通过调控季铵化反应时间，制备了一系列不同季铵基团含量的QTBPP-OPBI膜。双离子对结构（卟啉环质子化+季铵基团）增强了聚合物链间离子-偶极相互作用，在保证高机械强度的同时，显著提升了质子传导率和PA保留能力。该工作为PA-PBI质子交换膜的性能优化提供了简洁有效的结构设计策略。