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天津大学开发新型阴离子交换膜

文章来源：中国化工报更新时间：2022-02-18 14:48:28

中化新网讯天津大学内燃机燃烧学国家重点实验室的研究人员，成功开发出一种新型取向二茂铁盐阴离子交换膜。这种阴离子交换膜具有在膜的透过面方向取向排列的离子传输通道，提高了阴离子交换膜燃料电池的功率输出。它还具有优异的热稳定性、碱稳定性和氧化还原稳定性，可以在苛刻的电池运行条件下长期使用。该研究成果于2月14日发表在国际学术期刊《自然·能源》上。

　　在阴离子交换膜燃料电池的实际应用中，氢氧根离子穿过阴离子交换膜从阴极到阳极。大多数阴离子交换膜表现出各向同性的阴离子电导率，甚至是不利的各向异性，即与面内方向相比，透过面方向的电导率更低。采用相分离等常用策略往往无法有效解决该问题，部分利用电场或磁场定向增强阴离子导电性的研究也只取得了有限改善。

　　针对此问题，该课题组使用磁场在顺磁性二茂铁盐阴离子交换膜中构建了透过面取向的传输通道。这一策略沿用了课题组最近在质子交换膜领域取得的进展，将同时具有磁响应能力与离子传导能力的材料拓展到了阴离子交换膜领域。高相对分子质量主链化学惰性聚乙烯基二茂铁通过配体交换可获得烷基取代基效应以提高其稳定性。二茂铁部分氧化(即离子化)后可使聚合物具有适当的离子交换容量，在导电性和尺寸稳定性及机械强度之间实现平衡。

　　研究表明，构造透过面取向的结构和混合价态茂金属化学结构是优化阴离子交换膜性能的一种有效方法，并有望超越传统的相分离策略。磁场诱导的混合价态显示出超常的碱和氧化还原稳定性，这在正常条件下是无法实现的，为进一步的材料创新提供了参考。

　　由于阴离子交换膜在燃料电池、二氧化碳和水电解方面可以通用，该研究工作中开发的材料在可再生和清洁能源的多个领域都具有应用前景。此外，在其他需要定向传质的领域，包括电池隔膜和反渗透膜，如果能构建取向传输通道结构，也有望获得显著的性能改善。

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