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西湖大学孙立成院士,最新Angew.!
来源: 时间:2024-04-15 14:24:46 浏览:1275次

第一作者:Liqiang Yin、Rong Ren

通讯作者:孙立成院士

通讯单位:西湖大学

DOI: https://doi.org/10.1002/anie.202400764.



研究背景



阴离子交换膜水电解槽(AEM-WEs)具有零间隙结构和低成本组件等优点,是未来制氢最有前途的技术之一。阴离子交换膜(AEMs)作为AEM-WEs的主要组成部分,迫切需要具有良好的综合性能,包括良好的力学性能、低尺寸膨胀、高导电性和优异的化学稳定性。然而,由于缺乏高耐用性和高性能的AEMs,AEM-WEs的工业化和可持续部署受到了阻碍。同时,官能团季铵阳离子的稳定性,特别是在高温和恶劣碱性条件下的稳定性,严重影响了其性能和耐久性。基于此,西湖大学孙立成院士等人合成了1-甲基-3, 3-二苯基喹啉的分子构建单元。通过酸催化Friedel-Crafts聚合,作者制备了一系列分子量可控、离子交换电导率可调的支化聚芳基喹啉(PAQ-x)AEMs。

测试发现,基于PAQ-5的非贵金属基AEM-WE,在2 V下具有8 A cm-2的高电流密度,并且在梯度恒流测试中具有2446 h稳定性。



文章要点



1、在本文中,作者合成了1-甲基-3, 3-二苯基喹啉(DPQui)模板化合物,并通过加速耐碱试验和密度泛函理论(DFT)计算系统地研究了其阳离子降解机理。结果表明,对比1, 1-二甲基-4, 4-二苯哌啶(DPPip),DPQui具有更高的稳定性。沿着这一方向,利用聚合物增强的支化策略,通过超强酸催化缩聚和随后的季铵盐化,将超稳定的Qui环加入到支链无醚聚芳主链中,并将该聚合物制成支链聚芳基喹啉聚合物(PAQ-x)AEMs,用于AEM-WEs。

2、作者验证了PAQ-x中奎宁的稳定结构,并保持了非原位碱性稳定性。此外,支链聚合物结构降低了膨胀率和吸水率,在尺寸稳定性和离子电导率之间取得了平衡,显著提高了薄膜的整体性能。更重要的是,基于PAQ-5的非贵金属基AEM-WE,在2 V下实现了8 A cm-2的电流密度,并且在梯度恒流测试中具有出色的2446 h稳定性。基于该二芳基喹啉基团优异的碱性稳定性,可以进一步考虑将其作为多功能建筑单元,用于制造碱性环境中使用的能量转换装置的多拓扑聚合物。



图文展示



图1. PAP在碱性环境下的降解途径及分子结构

2. DPPipDPQui的降解途径与分子表征

3. PAQ-x聚合物的合成示意图与表征

4.不同状态PAQ-x聚合物的表征

5. AQ-x AEM-WEs的示意图与性能

图6. PAQ-5的表征

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全部 3小时前 四川
文字是人类用符号记录表达信息以传之久远的方式和工具。现代文字大多是记录语言的工具。人类往往先有口头的语言后产生书面文字,很多小语种,有语言但没有文字。文字的不同体现了国家和民族的书面表达的方式和思维不同。文字使人类进入有历史记录的文明社会。
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