私密直播全婐app免费大渔直播,国产av成人无码免费视频,男女同房做爰全过程高潮,国产精品自产拍在线观看

搜索:  
吉林大學李昊龍教授課題組 ACS Nano:超分子錨定多金屬氧簇至Nafion納米離子相區制備高性能質子交換膜
2022-11-17  來源:高分子科技

  Nafion是一種具有梳型結構的聚合物電解質,由全氟碳主鏈和磺酸基封端的氟醚側鏈所構成。Nafion可以通過自組裝發生微相分離,形成尺寸為3-5納米的離子相區,實現高效質子傳導并表現出優異的化學穩定性,是制備質子交換膜的商業化標桿材料。然而,Nafion面臨著聚合物電解質材料的共性問題:即難以同時提升質子傳導性和力學穩定性。由于Nafion的氟鏈具有很強的化學惰性,很難通過共價化學直接改變其分子結構。因此,基于非共價作用的有機無機雜化策略被廣泛用于提升Nafion的力學強度和傳導性能。然而,由于大多數無機基元與Nafion之間存在較大的尺寸及極性差異,使其很難被精準牢固地引入到Nafion的納米離子相區,嚴重影響了雜化改性的效果。在此背景下,探索新型雜化基元與雜化策略來實現Nafion的精準修飾及改性,是Nafion基質子交換膜的重要發展方向。


  多金屬氧簇,又稱多酸,是一類納米尺寸的金屬氧化物團簇。當其抗衡離子為質子時,表現為固體超強酸,可作為優異的質子傳導基元。但是,多金屬氧簇易溶于水,而且多為陰離子形式。當其引入Nafion后,會與Nafion的陰離子相區靜電排斥而嚴重泄露。近日,吉林大學李昊龍教授課題組報道了通過超分子雜化策略將多金屬氧簇以一種雜化兩親物的形式精準錨定到Nafion納米離子相區中,制備了多金屬氧簇穩定固載的雜化質子交換膜,并實現了雜化膜在質子電導率、力學強度、燃料電池功率密度等方面的全面提升。同時,作者還通過分子動力學模擬詳細闡明了該雜化體系的結構-性能關系。 


圖一:多金屬氧簇兩親物合成及其Nafion雜化膜的制備示意圖


  在該工作中,作者將短鏈聚乙二醇(PEG)共價接枝到單缺位簇[SiW11O39]8-的骨架上,合成了有機無機雜化的多金屬氧簇兩親物(GSiW11)。有趣的是,PEG接枝顯著降低了簇的水溶性。而且,PEG可以通過氫鍵作用與Nafion的磺酸基團發生絡合。通過這種設計,GSiW11可以在成膜過程中與Nafion發生共組裝,并選擇性地分布和固載到離子納米相中,從而實現Nafion改性。


  要點如下:


  1. 雜化膜的力學和傳導性能提升:GSiW11能夠對Nafion納米相產生一定的超分子交聯作用,可有效增強膜的力學強度,并能提升膜的電導率。例如,GSiW11-Nf-3%膜具有12.6 MPa的斷裂強度,比純Nafion膜高18%GSiW11-Nf-3%膜在80 °C時質子電導率高達226 mS cm-1,比純Nafion 膜高20%,而且電導率長期保持穩定,證實了GSiW11的穩定負載。 


圖二:Nafion及其雜化膜的力學性能、質子電導率和電導率穩定性


  2. 雜化膜的結構-性能關系探索:分子動力學模擬結果表明GSiW11的引入可以促使Nafion親水通道變寬,并且使得水合質子在親水通道內的排布更加有序化,形成高效的質子傳輸路徑。作者通過模擬與實驗數據相結合,驗證了水通道和水合質子的變化規律。 


圖三:Nafion雜化前后微相結構和親水離子通道的模擬快照及通道尺寸變化。 


圖四:Nafion雜化前后水合質子分布的模擬快照及示意圖 


圖五:Nafion及雜化膜的燃料電池性能和長期穩定性


  總之,該工作展示了無機納米團簇在Nafion改性方面的獨特優勢,相關結果可用于指導設計面向新能源需求的高性能電解質材料。


  上述工作以Supramolecular Anchoring of Polyoxometalate Amphiphiles into Nafion Nanophases for Enhanced Proton Conduction”為題發表在《ACS Nano》上。通訊作者為李昊龍教授,吉林大學超分子結構與材料國家重點實驗室為第一完成單位。該工作得到國家自然科學基金(22075097、吉林大學科技創新研究團隊項目(2017TD-10)、中國科學院長春應用化學研究所高分子物理與化學國家重點實驗室開放研究基金(2020-09支持。


  原文鏈接:https://doi.org/10.1021/acsnano.2c08614

版權與免責聲明:中國聚合物網原創文章?锘蛎襟w如需轉載,請聯系郵箱:info@polymer.cn,并請注明出處。
(責任編輯:xu)
】【打印】【關閉

誠邀關注高分子科技

更多>>最新資訊
更多>>科教新聞
主站蜘蛛池模板: 巴青县| 翁牛特旗| 阜阳市| 北流市| 福建省| 枣庄市| 方山县| 鄯善县| 镇巴县| 阳山县| 上饶县| 灵武市| 丰城市| 普洱| 六盘水市| 恩平市| 玛沁县| 六安市| 邵东县| 斗六市| 法库县| 惠来县| 米脂县| 金平| 兴安盟| 汝南县| 太仓市| 江北区| 北流市| 云梦县| 阆中市| 江口县| 尚义县| 德令哈市| 洛隆县| 马龙县| 隆德县| 洛宁县| 镇原县| 武穴市| 闻喜县|