扭曲单体诱导微孔聚芳基哌啶阴离子交换膜助力高性能水电解制氢

【编辑推荐】本研究通过引入刚性扭曲的4-溴三苯胺（BTPA）单体，创新性构建了具有微孔结构和微相分离形态的聚芳基哌啶阴离子交换膜（AEM）。该膜材料在80°C下展现157.5 mS cm?1的高电导率，1500小时碱性环境仍保持93%稳定性，电解测试中实现0.84 A cm?2@2.0 V的优异性能，为绿色氢能产业化提供了关键材料解决方案。

　　

Highlight

扭曲单体的引入通过三棱锥几何构型产生空间位阻，既抑制聚合物链缠结又创造额外自由体积。BTPA的刚性可旋转特性同时实现高效离子传输，并通过位阻效应保护阳离子基团免受OH^?攻击。

Materials

实验材料包括对三联苯（p-TP）、N-甲基-4-哌啶酮（PiP）、三氟甲磺酸等，均采购自安徽泽升科技有限公司。所有试剂未经纯化直接使用，超干溶剂通过分子筛预处理获得。

Chemical structure characterization

通过¹H NMR证实BTPA成功嵌入聚合物骨架。DMSO-d₆溶解实验显示，PBTTP-x中2.2-3.7 ppm化学位移对应PiP单元，7.35-7.85 ppm位移则来自BTPA的芳香质子，证明扭曲单体与主链的共聚成功。

Conclusion

该工作通过三棱锥构型BTPA的精准调控，构建了具有明确微孔结构和良好微相分离的AEMs。优化后的QPBTTP-5.0%膜在电解槽测试中展现出0.2 mV h^?1的超低电压衰减率，如同为氢能汽车打造了"高效离子高速公路"。