中科院化学所尤伟研究员课题组：基于聚乙烯的阴离子交换隔膜的制备策略
随着人们对生活环境的保护和对可持续发展的需求与日俱增，对于能够实现清洁、高效、廉价能源转化的碱性隔膜燃料电池、电解水、液流电池等设备的研究也日益深入。相比较于酸性条件的设备（如基于质子交换隔膜的燃料电池等），碱性体系的主要优势包括：(1) 碱性环境比酸性更有利于氧气还原反应；(2) 可以使用价格低廉的非贵金属作为电极催化剂；(3) 当以高分子隔膜分离阴阳极时可以简化设备的封装且不会形成碳酸盐沉淀。因此阴离子交换膜(AEM)作为一种由高分子骨架与共价连接的阳离子组成的固态电解质，可以选择性地传输氢氧根等阴离子，是以上设备中的核心部件，而AEM的离子导电性和碱性稳定性直接关系着设备的能量转化效率和耐久性。具有聚乙烯骨架的阴离子交换膜(PE-AEM)由于其化学稳定性突出、阳离子兼容性好、机械性能柔韧等优点，近些年来受到了广泛的关注。
基于上述研究背景和中国科学院化学研究所尤伟研究员课题组的研究基础，此专论归纳了PE-AEM的合成策略，包括聚合氢化法、直接共聚法和后修饰接枝法（图1），在其中着重介绍环辛烯开环易位聚合(ROMP)后还原方法的发展历程，比较不同制备路线的优缺点，总结产物的化学结构和性能的关系，并且对PE-AEM的前景进行了展望。
图1. PE-AEM的合成策略总结
聚合氢化法主要可以分为两大类。其中一类常使用环辛烯及其阳离子衍生物作为单体，通过ROMP共聚的方法合成带有阳离子官能团且主链上含有双键的聚烯烃类化合物，后经加氢还原之后即可制得阳离子修饰的聚乙烯用作PE-AEM。目前已经用此方法成功制备出季胺阳离子、季膦阳离子、咪唑阳离子、二茂钴阳离子等修饰的碱性稳定的氢氧根阴离子交换隔膜（图2）。这种方法具备聚合物结构清晰，官能团种类、数量、分布可控，碱性稳定性优异等特点；然而聚合和还原过程中所需要的贵金属催化剂和较为复杂的单体合成路线是限制这一方法的主要因素。另一类聚合氢化法主要应用苯乙烯与1,3-丁二烯的嵌段共聚物为基础，通过聚合后修饰的方法还原双键并引入阳离子官能团。这种方法的优点是聚合物易得且多为嵌段共聚物，可以调控聚合物的微相分离从而获得更高的离子导电性，但是需要谨慎的结构设计以保证聚合物的碱性稳定性。
图2. 此前用于ROMP聚合还原法制备PE-AEM的环辛烯阳离子衍生物单体
此外，直接共聚法和后修饰接枝法可以省去还原的步骤直接制得PE-AEM。前者使用乙烯与带有极性官能团的端烯单体共聚，之后通过官能团转化形成阳离子；而后者直接使用辐射接枝的方法将官能团嵌入商品化的聚乙烯薄膜之中。随着相关领域的快速发展以及相较于聚合氢化法的低成本和高效率，在未来这两种方法很有可能用于合成结构更多样、性能更优异的PE-AEM。
上述工作以题为“基于聚乙烯的阴离子交换隔膜的制备策略”专论形式发表在《高分子学报》2020年第10期（2020，51(10): 1140-1146, doi: 10.11777/j.issn1000-3304.2020.20123），通讯作者是中国科学院化学研究所尤伟研究员。
原文链接：
http://www.gfzxb.org/article/doi/10.11777/j.issn1000-3304.2020.10123
来源：高分子学报
相关进展
免责声明：部分资料来源于网络，转载的目的在于传递更多信息及分享，并不意味着赞同其观点或证实其真实性，也不构成其他建议。仅提供交流平台，不为其版权负责。如涉及侵权，请联系我们及时修改或删除。邮箱：info@polymer.cn
诚邀投稿
欢迎专家学者提供稿件（论文、项目介绍、新技术、学术交流、单位新闻、参会信息、招聘招生等）至info@polymer.cn，并请注明详细联系信息。高分子科技®会及时推送，并同时发布在中国聚合物网上。
欢迎加入微信群 为满足高分子产学研各界同仁的要求，陆续开通了包括高分子专家学者群在内的几十个专项交流群，也包括高分子产业技术、企业家、博士、研究生、媒体期刊会展协会等群，全覆盖高分子产业或领域。目前汇聚了国内外高校科研院所及企业研发中心的上万名顶尖的专家学者、技术人员及企业家。
申请入群，请先加审核微信号PolymerChina （或长按下方二维码），并请一定注明：高分子+姓名+单位+职称（或学位）+领域（或行业），否则不予受理，资格经过审核后入相关专业群。
点
这里“阅读原文”，查看更多