利用PVP-UiO-66-NH-SO3H納米顆粒構(gòu)建質(zhì)子導(dǎo)電納米孔增強(qiáng)質(zhì)子交換膜的質(zhì)子導(dǎo)電性
通過提高質(zhì)子交換膜的磷酸吸收率來提高質(zhì)子傳導(dǎo)率是一種有效可行的辦法。目前，常見的提高磷酸吸收率的方法主要是在成膜聚合物中共混或接枝帶有含氮雜環(huán)的聚合物或短鏈，亦或選擇本征多孔聚合物為成膜基質(zhì)。雖然這兩種方法均能顯著提升質(zhì)子交換膜的磷酸吸收率，但是普遍存在尺寸穩(wěn)定性變化較大，且磷酸滲出率升高和反應(yīng)復(fù)雜價格高昂等問題。因此，為克服這些問題，來自天津工業(yè)大學(xué)陳英波教授課題組通過將PVP接枝到MOFs上設(shè)計(jì)并制備一種新型
PVP-UiO-66-NH-SO3H納米粒子(PUNSNPs)。通過PUNSNPs結(jié)構(gòu)中的PVP短鏈來增加復(fù)合PEMs的磷酸吸收率。此外，以PUNSNPs為犧牲模板，在復(fù)合PEMs中構(gòu)建可供質(zhì)子傳導(dǎo)的納米孔來提高磷酸的吸收率，且不嚴(yán)重影響多孔PEMs的尺寸穩(wěn)定性。PUNSNPs的溶解產(chǎn)生了許多短鏈和PVP鏈，這些短鏈含有堿性基團(tuán)(-NH, -NH2)和酸性基團(tuán)(-SO3H, -COOH)保留在納米孔中，以增強(qiáng)質(zhì)子的導(dǎo)電性。此外，在不影響PA/PUNSNPs/SPEEK多孔PEMs尺寸穩(wěn)定性的情況下，納米孔的形成還有助于PA的吸收率和保留率，并抑制甲醇的滲透。我們認(rèn)為，納米孔中的短鏈和PVP鏈可以形成有效的酸堿對，為質(zhì)子傳導(dǎo)提供額外的位點(diǎn)，納米孔的連續(xù)分布構(gòu)建了有效的質(zhì)子傳遞通道，進(jìn)一步促進(jìn)質(zhì)子傳導(dǎo)。這項(xiàng)工作為構(gòu)建多孔結(jié)構(gòu)的PEMs提供了一種新的選擇，通過增加更多的質(zhì)子傳導(dǎo)位點(diǎn)來促進(jìn)質(zhì)子傳導(dǎo)，同時平衡磷酸吸收率和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。
