尤伟课题组在开发新型碱性阴离子交换膜方面取得新进展

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作为碱性交换膜燃料电池（AEMFC）和碱性交换膜水电解槽（AEMWE）的核心部件，碱性阴离子交换膜（AAEM）的研究对可持续氢能领域具有重要意义。AAEM是一种可传导氢氧根阴离子（OH–）的聚电解质，由聚合物骨架和阳离子官能团组成。然而，OH–的强碱性与强亲核性导致AAEM的碱性稳定性较差，例如目前使用广泛的有机阳离子和过渡金属基阳离子在服役过程中易发生亲核取代、霍夫曼消除和阳离子氧化还原等反应而降解，制约产品寿命。如何在分子链中引入合适的阳离子官能团以进一步提高AAEM的碱性稳定性仍具挑战性。

含[2.2.2]穴醚官能团的烯烃聚合物作为AAEM（左上）及其优异的碱性稳定性（右上），与开关阳极供给液监测所得性能变化

　　在国家自然科学基金委、中国科学院和化学所的大力支持下，化学所工程塑料院重点实验室尤伟课题组近期设计开发了以络合金属阳离子的[2.2.2]穴醚为官能团的烯烃聚合物作为新型AAEM。[2.2.2]穴醚在拥有良好化学稳定性的同时兼具更高的络合常数（室温水中Ks可超过109 M–1）。穴醚基团可通过聚合物后修饰法接枝到聚烯烃主链上，也可以通过开环易位聚合反应直接引入。与钡离子络合所得[Cryp-Ba]2+ AAEM，具有在60 °C的15 M KOH强碱溶液中超过1500小时的高稳定性，远高于在360小时后稳定性下降幅度超过90%的商品膜PiperION A80。同时，此穴醚修饰的聚烯烃型离子交换膜也成功应用于AEMWE中，基于开关阳极供给液（AF）监测所得性能变化，更进一步明确了阳离子结合强度的影响。该工作证实了金属和锚定基团之间的络合常数是决定聚电解质能否作为优异AAEM使用的重要参考标准，并为解决AAEM的碱性稳定性问题提供了一种新思路。相关研究成果近日发表于Angew. Chem. Int. Ed. (DOI: 10.1002/anie.202217742)，第一作者为博士研究生张海霞与博士后王笑阳，通讯作者为化学所尤伟研究员、王煜助理研究员、北京服装学院张文娟教授。
        文章来源：化学所
        尤伟，男，1989年生，中国科学院化学研究所研究员。2011年于清华大学获得理学学士学位；2016年于美国印第安纳大学布鲁明顿分校获得理学博士学位，导师为M. Kevin Brown教授。2016~2019年于美国康奈尔大学从事博士后研究，导师为Geoffrey W. Coates教授。2019年11月起，于中国科学院化学研究所工程塑料实验室任项目研究员、课题组长，主要从事新型碱性阴离子交换隔膜的设计与合成，对有机化学、高分子化学与电化学的前沿交叉领域进行探究。