Journal of Colloid and Interface Science “硫醇烯”交联聚苯并咪唑阴离子交换膜增强性能和

【成果简介】

为了解决阴离子交换膜(AEMs)电导率与稳定性之间的“权衡”问题，以聚苯并咪唑与降冰片烯(cPBI-Nb)为骨架，采用巯基与乙烯基之间的咔嗒化学反应制备了一系列交联的AEMs。同时，对二硫醇交联剂的亲水性进行调控，探讨其对微相分离形貌和氢氧根离子电导率的影响。结果表明，具有亲水交联结构的AEMs (PcPBI-Nb-C2)不仅具有明显的微相分离形貌和高OH^-在80℃时电导率为105.54 mS/cm，但也表现出更好的力学性能、尺寸稳定性(膨胀率< 15%)和化学稳定性(在80℃Fenton试剂中保持90.22%质量24小时，在80℃2m NaOH中保持78.30%电导率2016小时)。以PcPBI-Nb-C2为电解介质的阴离子交换膜电解(AEMWEs)在2.1 V下电流密度可达368 mA/cm²，在60℃下工作温度为150 mA/cm2时寿命可达500 min以上。因此，本工作为在聚苯并咪唑中引入降冰片烯，形成以“巯基烯”为基础的亲水交联结构构建AEMs铺平了道路。

该工作以 “Thiol-ene” crosslinked polybenzimidazoles anion exchange membrane with enhanced performance and durability为题发表在Journal of Colloid and Interface Science

【图文导读】

近年来，大量研究表明，聚合物主链中存在的芳醚键容易被OH^-，导致AEMs的化学稳定性降低。然而，脂环或脂肪族片段被引入到聚合物主链中，以提高AEMs的灵活性和化学稳定性。例如，Chen等将1,2-二苯基乙烷引入聚芳基吡啶的主链中，可以改善AEMs的力学性能，缓解离聚体对苯基的吸附问题。Satheesh Kumar B等人发现PBI主链中的脂环段有利于提高膜的伸长率和氧化稳定性。结果表明，全脂肪族PBI (CHTA-100)在70℃Fenton试剂中浸泡120 h后减重7.3%。

具有全脂肪族结构的aemfc (Pip-PBI-C)在80℃的2m NaOH溶液中达到了1536 h的迁位碱稳定性，其峰值功率密度为785.6 mW/cm²。此外，具有全烃骨架的PNB在AEM电化学器件中表现突出。通过乙烯基加成聚合合成的交联PNB AEMs的电导率为198 mS/cm，在1 M KOH、80℃的条件下，在1000 h内没有明显损失。Noor Ul Hassan等使用PNB共聚物作为aemfc的离聚体，实现了3.2 W/cm²的峰值功率密度和2000 h的稳定性。遗憾的是，含降冰片烯基AEMs的PBI在AEMWEs中的研究仍处于早期阶段。

电导率与尺寸稳定性之间的“权衡”是AEMs仍然面临的挑战，主要原因是电导率通常与离子交换容量(IEC)、吸水率(WU)和膨胀比(SR)成正比。AEMs良好的相分离微结构有利于形成亲水离子传导通道，促进其实现高导电性和低溶胀。在聚合物主链和阳离子基团之间引入亲水的含醚间隔体和疏水的长烷基链，优化AEMs的微相分离形貌。此外，交联法已被证明是解决这一困境的另一种替代方法。Lin等指出，有效的交联结构可以提高AEMs的尺寸稳定性、化学稳定性和力学性能。然而，过度的交联会导致溶解性问题和导电性限制。因此，控制交联度和策略设计至关重要。Lee等通过端基交联法制备了咪唑基功能化AEMs (XE-Imds)。XEImd70膜的氢氧导电性为107 mS/cm, IEC为2.2 mmol/g。Hu等得出刚性交联剂能够调节聚合物骨架的填料，形成高效的离子输送通道，交联AEMs实现了最高的110.3 mS/cm导电率和24.7%的SR。Lammertink等提出了一种新型的多阳离子交联方法，其交联膜(CIL-100)在80℃时电导率为94.6 mS/cm, SR为35.9%，在2.2 V时镍基催化剂下的电流密度为880 mA/cm²，证实了交联AEMs在AEMWEs中的应用前景。

基于此，本工作(方案1)将具有扭曲结构的降冰片烯加入到脂环PBI骨架中，降冰片烯提供交联位点。采用长柔性烷基链哌啶对含降冰片烯的PBI共聚物(cPBI-Nb)进行n -官能团化，制备了PcPBI-Nb AEMs。同时，在膜制备过程中通过“硫醇-烯”化学反应获得交联网络。详细研究了IEC和交联剂结构(亲水和疏水)对AEMs溶解性、力学性能、热稳定性、WU、SR、电导率、形貌和化学稳定性等性能的影响。利用pcpbi - nb基的膜电极组件和离聚体组装膜电极组件(MEA)，进一步研究了其在膜电极组件中的应用潜力。这项工作为在PBI中引入降冰片烯并形成以“硫醇烯”为基础的亲水交联结构构建aem铺平了道路。

方案1. (a) cPBI-Nb、PcPBI-Nb-x和PcPBI-Nb-Cs的合成路线，(b)交联反应示意图。

10 mol%降冰片烯单体无规共聚物cPBI-Nb的合成方法是:在三颈反应器中加入PPA (50 g)，机械搅拌，140℃N₂吹扫1 h，然后依次小心地加入DAB (2.1427 g, 10 mmol)、CDA (1.5652 g, 9 mmol)、NbDA (0.1839 g, 1 mmol)和P2O5 (1.5 g, 11.17 mmol)。随后，温度逐渐升高至200℃，通过持续机械搅拌使反应保持20-25 h。将墨绿色的粘性聚合物溶液小心地倒入NaHCO3溶液中以终止聚合。该产品用去离子水(DI)清洗约五次，以去除残留的碱。最后，在真空烘箱中80℃干燥24 h后得到聚合物cPBINb。

cPBI-Nb的典型合成工艺为:将cPBI-Nb (2 g, 6.31 mmol)在120℃DMSO中完全溶解，得到均质聚合物溶液，然后在溶液中加入NaOH粉和一定量Br-Pip。60℃反应48 h后，用乙醚沉淀，经过滤、去离子水洗涤、80℃真空烘箱干燥得到产物PcPBI-Nb-x。其中，Br-Pip摩尔含量越高，季铵盐的季铵盐(DQ)和IEC越高，其中x-为1H NMR谱计算的理论IEC值，分别为1.91、2.33、2.86。

采用溶液铸造法制备膜，具体工艺如方案S1所示:聚合物聚电解质PcPBI-Nb-x (1 g)溶于DMSO (19 g)， 100℃以获得均一的溶液(5 wt%)。过滤消泡后，将溶液倒在平板玻璃上，用刮刀均匀涂抹。在80℃下去除溶剂24 h，得到厚度为20±5 lm的膜。接下来，将得到的膜在1 M NaOH水溶液中浸泡2天，在60℃下将Br-交换成OH^-。然后用去离子水冲洗去除残留的NaOH，保存在去离子水中进行分析。

交联膜的形成是通过cPBI-Nb主链的双键与硫醇之间的“硫醇-烯”点击化学反应(Scheme 1b)实现的。制备工艺如下:PcPBI-Nb-2.33 (1 g) in Br-在DMSO中充分溶解(19 g)，然后在rt时加入二硫醇交联剂1,6-己二硫醇(0.1774 g)或3,6-二恶a-1,8-辛二硫醇(0.2152 g)，将溶液在黑暗中充分混合30 min，浇铸在平板玻璃上，在避光条件下，120℃加热形成交联网络。同样，交联膜PcPBI-Nb-Cs也浸泡在1 M NaOH中进行OH-离子交换。

采用溶液缩聚法合成了结构单位为10 mol%降冰片烯的共聚物cPBI-Nb。咪唑胺在碱性环境下脱质子生成氮负离子中间体，易与亲电试剂Br-Pip反应生成PcPBI-Nb-x。通过1H NMR和FTIR谱证实了cPBI-Nb和PcPBI-Nb的化学结构。如图1a所示，苯环相关信号(H1-H3)出现在8.0-7.4 ppm，咪唑N-H对应信号(H4)出现在12.2 ppm，环己烷(H5-H7)在2.98、2.27和1.88 ppm的高场区域出现信号。此外，降冰片烯亚甲基(H12)在1.48 ppm处出现一个小峰，其甲基信号在3.17 ppm处出现(H8, H9)，烯烃(H10, H11)在6.5-7.0 ppm处也出现质子信号。在图1c的FTIR光谱中，在1664 cm^-1(拉伸振动C=C)和1050cm^-1 (C-H的面外弯曲振动)，证实cPBI-Nb中成功掺入降冰片烯。n功能化后，12.2 ppm (H4)处的信号峰值变弱，且随着IEC的增加，这一现象更加明显(图1b)。侧链烷烃(H13, H14-H17, 4.3, 1.3-1.85 ppm)和哌啶(H18-H22, 3.25, 2.94, 1.70, 1.59 ppm)的质子信号峰均出现在高场。接下来，PcPBI-Nb-x的DQ分别为93%，129%和189% (DQ = ，其中2和6代表每个结构单元中H13和H1-3处的质子数)。IEC_the的值由公式分别为1.91、2.33、2.86。此外，在3400 - 3500厘米处露出一条宽频带。PcPBI-Nb的FTIR光谱中出现了1，这归因于亲水基团哌啶吸附水分子间氢键的O-H拉伸振动。2920和2850 cm^-1个分布在侧链烷烃的饱和碳氢上。

通过不同的二硫醇交联剂与PcPBI-Nb-2.33的烯烃之间的“硫醇-烯”反应制备交联PcPBI-Nb-C AEMs，并通过FTIR光谱进行了验证(图1c)。与未交联前体PcPBI-Nb-2.33相比，烯烃的特征带位于1664和1050 cm^-1 .基本消失，而新的峰值在640cm^-1PcPBI-Nb-C1和PcPBI-Nb-C2样品中均出现C-S-C单键1。同时，C-O-C单键在1105 cm^-1在PcPBI-Nb-C2中观察到。为了量化交联反应，分别计算了PcPBI-Nb-Cs AEMs在MeOH和热DMSO中处理后的重量变化。如图1d所示，PcPBI-Nb-2.33在MeOH和DMSO中基本可溶，PcPBI-Nb-C1在MeOH和DMSO中的剩余质量分别为58.3%和45.1%，PcPBI-Nb-C2的结果分别为56.1%和40.5%。总体而言，PcPBINb-C1的凝胶含量略高于PcPBI-Nb-C2，交联程度可能受到共聚物中降冰片烯含量的限制。

聚合特性粘度通常用DMSO为溶剂的聚合物溶液的乌氏粘度法来估算。cPBI-Nb共聚物(粗产物如图2a所示)在30℃时粘度为1.97 dL/g。随着DQ的增加，PcPBI-Nbs的粘度分别为2.41、2.76和2.97 dL/g。表S1考察了cPBI-Nb和PcPBI-Nb-x的溶解度。cPBI-Nb共聚物在DMSO、NMP和FA中具有优异的溶解度，这可能与降冰片烯的位阻构象有关(图2b)。随着IEC的提高，AEMs的溶解度也有所提高。尤其在rt条件下，PcPBI-Nb-2.86样品在FA、MeOH、DMSO和NMP中具有良好的溶解性。此外，PcPBI-Nb-2.86 MeOH和DMSO离聚体在IPA/DI水混合溶液中具有良好的溶解性。前者溶液具有更好的透明度，如图2c-d所示，这可能有利于催化剂浆液在MEA制备过程中的分散。

拉伸强度(TS)、断裂伸长率(EB)和杨氏模量(YM)是AEMs在实际应用中的重要机械强度指标。测试了cPBI-Nb和AEMs在干态和湿态下的力学性能结果见表1和图3a-b。首先，cPBI-Nb由于其刚性和柔性结构，表现出优异的力学性能(TS为71.57 MPa, EB为10.64%，YM为2.18 GPa);正如预期的那样，PcPBI-Nb-x膜的TS和YM随着IEC的增加而下降，这表明长烷基链吡啶的掺入增加了AEMs的柔韧性，但降低了其强度。与原始PcPBI-Nb-2.33 (34.99 MPa, 15.05%，1.42 GPa)相比，由于亲水交联剂的存在，PcPBI-Nb-C2表现出更高的TS (47.75 MPa)、EB(31.89%)和YM (1.77 GPa)。同样，交联的PcPBI-Nb-C1也表现出45mpa的TS >和20%的EB >，这表明交联策略不仅提高了AEMs的强度，而且提高了它们的灵活性。另一方面，图3b表明湿态AEMs具有较低的TS，但较高的EB。值得一提的是，PcPBI-Nb-C2膜的EB值为67.23%，这与亲水交联剂在水化状态时吸水较多有关。而PcPBI-Nb-2.86的湿态膜的TS (16.82 MPa)和EB(19.62%)较低，说明高IEC导致AEMs的力学性能下降。

图3c-d中的TGA和DTG曲线表明cPBI-Nb和AEMs具有足够的热稳定性，可用于AEMWEs的应用。

在200℃之前的重量损失并不显著，因为样品在测试前已经充分干燥。cPBI-Nb骨架在450-600℃左右发生热分解。AEMs在250-450℃范围内的失重阶段是哌啶基的分解阶段。值得注意的是，具有疏水交联网络的PcPBI-Nb-C1膜在此阶段表现出较高的分解温度，表明交联策略可以提高AEMs的热稳定性。

图1. (a-b) cPBI-Nb、PcPBI-Nb-x和PcPBI-Nb-Cs的1H NMR和(c) FTIR光谱，(d)交联膜的凝胶含量。

具有高iec和足够的尺寸稳定性的电弧发生器是其实际应用的必要条件。经Morh滴定法测定的PcPBINb AEMs的IEC值为1.88 ~ 2.78 mmol/g，如表2所示。由于交联剂的存在，交联AEMs的IECs略低于原始PcPBI-Nb-2.33。如图4所示，PcPBI-Nb-1.91样品在80℃时SR最低，为11.0%，WU为56.2%，而PcPBINb-2.86样品在80℃时SR最大，为38.5%，WU为122.5%，作为阴极干燥水电解器的离聚体，PcPBI-Nb-2.86较高的WU值有助于向阴极输送更多的水分子。与PcPBI-Nb-2.33 AEMs的SR(20.8%)相比，PcPBI-Nb-C1和PcPBI-Nb-C2的SR分别为12.5%和13.8%交联网络有助于提高AEMs的尺寸稳定性。请注意，由于亲水交联网络，PcPBI-Nb-C2在80℃时WU增大(100.3%)。而PcPBI-Nb-C2 AEM的WCA为77.5?在RT时(图4c)， 80℃时计算的水化数也最大(24.76)。这种现象归因于交联结构中的氧原子容易与水分子形成氢键。众所周知，水分子在AEMs的两种离子转运机制(载具机制和Grotthuss机制)中起着关键的介质作用。也就是说，亲水交联剂吸收的水分子倾向于诱导哌啶基团的聚集(图4g)，由此形成的离子传导通道可以加速OH-AEMs的传导。

图2. (a) cPBI-Nb的粗产物，(b) cPBI-Nb-2.86在MeOH、DMSO及其离聚物溶液中的溶解度(c-d) (IPA/DI水溶液10:1)。

表1. cPBI-Nb、PcPBI-Nb-x和PcPBI-Nb-Cs在OH-的形式。

电导率是aemes和离聚体应用的重要指标。Br吗?和哦?在高达80℃的不同温度下测量了这些aem的电导率。这里，Br^-膜的电导率在80℃时为45.51-75.27 mS/cm(图4d)， OH^-约为溴的1.2 - 1.5倍。实际上，该值略低于其他研究，说明OH?在测试过程中，形状不可避免地会碳化。然而，PcPBI-Nb-2.86的样品中OH^-1由于高IEC和WU，在80℃时电导率为121.54 mS/cm，与最先进的FLN离聚体(80℃时120 mS/cm)相当。相比之下，PcPBI-Nb-C1 AEM在80℃时的电导率为96.31 mS/cm，因为水和离子的运输受到疏水交联网络的限制。同时，PcPBI-Nb-C2样品在20℃时导电率为26.17 mS/cm，在80℃时导电率为105.54 mS/cm，高于前体PcPBI-Nb-2.33膜(20℃时导电率为24.86 mS/cm, 80℃时导电率为100.48 mS/cm)。所有膜的电导率都表现出阿伦尼乌斯行为(图4f)，估计表观Ea为17.31至21.36 kJ/mol。总体而言，PcPBI-Nb-Cs与近期报道的其他AEMs相比具有一定的优势，如图4h和表S2所示。

此外，通过溶液铸造法制备的大尺寸AEMs致密而薄(图5)。进一步利用AFM和SAXS对PcPBI-Nb-2.33, PcPBI-Nb-C1和PcPBI-Nb-C2 AEMs。在图5a3-c3中，所有AEMs都表现出明显的明暗特征，其中明暗区域分别代表刚性聚合物主链形成的疏水相和吡啶基团聚集的亲水相。AEMs中呈现亲疏水相分离形态，PcPBI-NbC2样品中离子通道尤为明显，这也赋予了膜的高导电性。

通过SAXS曲线和Bragg定律(d = 2p/q)计算，PcPBI-Nb-2.33、PcPBI-NbC1和PcPBI-Nb-C2离子簇的平均尺寸分别为26.17 nm、22.43 nm和31.4 nm，与AFM图像中亲水性区域的宽度接近。结果略高于其他文献报道的尺寸，表明长侧链型结构和亲水交联剂有利于构建理想的pbi基AEMs离子传导通道。

图3. cPBI-Nb、PcPBI-Nb-x和PcPBI-Nb-Cs在OH?在(a)干态和(b)湿态形成;cPBI-Nb、PcPBI-Nb-2.33和PcPBI-Nb-Cs的热稳定性(c) TGA和(d) DTG曲线。

表2 . cpbi - nb基aem的IEC、WU、SR、r、k值。

OER中间体生成的羟基(OH-)和过氧化氢(HOO-)等自由基可能导致AEMWE细胞中聚合物电解质的水解。Fenton试剂能生成含氧自由基，常用于评价AEMs的氧化稳定性。将cPBI-Nb、PcPBI-Nb-2.33、PcPBI-Nb-C1和PcPBI-NbC2样品在80℃Fenton试剂中浸泡36 h，仔细记录不同时间(1 h、2 h、4 h、6 h、12 h、24 h、36 h)的数码照片和所有膜的残余质量。如图6a所示，PcPBI-Nb-2.33膜在12 h时出现轻微裂纹，24 h时发生最终断裂，而交联AEMs (PcPBI-Nb-C1和PcPBI-Nb-C2)在24 h后仍保持完整。所有样品的质量保留率分别为97.85%、85.21%、92.86%和90.22%交联网络有利于提高AEMs的氧化稳定性。富电子中心更容易受到自由基的攻击，因此无芳醚PBI主链具有更好的氧化稳定性，脂肪族PBIs已被证明比全芳族PBIs具有更高的抗氧化攻击能力。最近Hu等人制备的含烷基链c-PAP AEMs在RT氧化200 h后质量损失很小。

然而，Min等。发现测试温度对氧化稳定性结果有显著影响，与室温相比，60℃时AEMs更易发生氧化降解。根据测试结果，交联AEMs在36 h时出现断裂。该研究推测膜的断裂不仅与自由基的攻击有关，还与多次干燥(真空60℃12 h)和湿润循环有关。为了证明怀疑，PcPBI-Nb-C2 AEM在80℃的Fenton试剂中连续浸泡72小时，未观察到破损。

图4所示。(a) cpbi - nb基AEMs的溶胀率和(b)吸水率随温度的变化，(c)室温下的水接触角，(d) Br?和(e) OH?(f) AEMs的Arrhenius图，(g) OH的输运机制?在PcPBI-Nb-C2 AEM中，(h) IEC、溶胀率和OH?PcPBI-Nb-Cs AEMs与其他AEMs相比的电导率。

通过监测OH^-碱性处理后的电导率、机械性能和化学结构。在80℃的2m NaOH中浸泡2016 h后，交联AEMs的离子电导率损失约为20%(图7a)，明显低于交联前驱体样品PcPBI-Nb-2.33的离子电导率损失(- 27.9%)。这些数据表明，PcPBI-Nb-Cs具有良好的碱性稳定性，优于文献报道的大多数AEMs(图7c)。经过2016 h的测试，交联AEMs的机械强度保持在80%以上(TS > 30 MPa, EB > 15%)(图7b)。值得注意的是，与交联网络相关的优良机械耐久性确保了AEM在碱性条件下的持久运行。在80℃的浓NaOH溶液(6 M)中浸泡AEMs进行加速降解试验，处理720 h后，所有膜均保持完整无破损，离子电导率损耗率分别为39.1%、29.5%和27.2%(图7d)。

此外，由于AEMs在DMSO d6中的溶解度有限，利用FTIR光谱研究了其在碱性条件下的降解机理。FTIR特征峰分别在3180、1640和1450 cm^-1所对应的PBI主链1在碱性稳定性测试中降解很小(图8a-c)，说明cPBI-Nb共聚物是一种优良的膜,因其优异的化学稳定性而成为AEMs的候选。典型烯烃在1665 cm^-1处的特征峰强度显著增加，这可能是由于哌啶基的Hofmann消除降解(图8d)。此外，在1386厘米处有一个新信号处理336 h后PcPBI-2.33样品中检测到1，这是由于哌啶基在SN₂反应降解过程中产生CH₃OH的甲基拉伸振动。同时，C-N的拉伸振动峰(1350、1230和1185 cm^-1)也减弱，说明电导率的损失主要是由于啶基的降解造成的。从图8b和c可以看出，交联AEMs从576 h开始的变化相似，这与图7a中电导率开始下降的时间非常吻合。值得注意的是，乙醚键在OH的作用下，PcPBI-Nb-C2样品中的交联网络可能会断裂，在1105 cm^-1处C-O拉伸振动峰值强度减弱。这也可以解释PcPBI-Nb-C2经过长期碱性处理后EB由39.76%下降到18.34%。

图5所示。(a) PcPBI-Nb-2.33， (b) PcPBI-Nb-C1和(c) PcPBI-Nb-C2 aem的数字照片、SEM、AFM图像和SAXS剖面。

图6. PcPBI-Nb-2.33、PcPBI-Nb-C1和PcPBI-Nb-C2的氧化稳定性。(a)数码照片和(b) Fenton试剂处理不同时间后的膜剩余质量。

图7. PcPBI-Nb-2.33、PcPBI-Nb-C1和PcPBI-Nb-C2 AEMs的碱性稳定性测定。(a)剩余OH^-2016年AEMs在2m NaOH中的电导率h和(b) AEMs在OH^-中的力学性能形成和干燥状态。(c)与其他AEMs相比，该工作的碱性稳定性。(d)剩余OH^-电导率在6 M NaOH在80℃720小时。

进一步研究了PcPBI-Nb-2.33和PcPBI-Nb-C2 AEMs的AEMWEs性能，其极化曲线如图9a所示。在阴极干燥电解水体系(方案2a)中，阴极中HER的反应物H₂O完全来自阳极侧AEMs和离聚体的传导和扩散，因此在MeOH和IPA/H2O中WU最高、电导率最高、溶解度最好的PcPBI-Nb-2.86作为离聚体。在2.1 V电压下，基于PcPBI-Nb-C2 AEMs的AEMWEs电流密度为368 mA/cm²，而在相同测试条件下，PcPBI-Nb2.33 AEMs的电流密度为271 mA/cm²，这与PcPBI-Nb-C2 AEMs的整体性能较好有关。此外，在60℃的电流密度为150 mA/cm²的条件下，对PcPBI-NbC2 AEMWEs进行了短期耐久性测试。如图9b所示，在500 min的整个操作时间内，电池电压保持在1.49-1.51 V，耐久性测试后的MEA图显示膜完好无损，表明交联PcPBI-Nb-C2膜在AEMWEs的应用中具有很好的潜力。

虽然该结果与其他报道相比并没有表现出明显的优势，但该研究将继续优化MEA的制备工艺，改善AEM、离聚体和催化剂之间的三相边界，以延长AEMWEs的效率和耐久性。

【总结与展望】

综上所述，采用降冰片烯的方法制备了cPBI-Nb共聚物，并采用乙烯基与硫醇的点击化学反应法制备了交联的cPBI-Nb- c AEMs。与PcPBI-Nb-2.33相比，具有亲水交联结构的PcPBI-Nb-C2 AEMs具有明显的微相分离结构，在80℃时氢氧根离子电导率为105.54 mS/cm，尺寸稳定性(SR < 15%)和力学性能(TS为47.75 MPa, EB为31.89%)也有所提高。同时，PcPBI-Nb-C2 AEMs表现出良好的化学稳定性，在80℃的2 M NaOH水溶液中浸泡2016 h后，电导率损失为21.7%，在80℃的Fenton试剂中浸泡24 h后，质量损失为9.18%。PcPBI-Nb-2.86样品具有良好的离聚体潜力，电导率最高为121.54 mS/cm, 80℃时WU为122.5%在MeOH和IPA/H2O中具有良好的溶解性。此外，以PcPBI-Nb-C2和PcPBI-Nb-2.86为离聚体的AEMWEs在2.1 V下电流密度为368 mA/cm²，在60℃下稳定工作500 min。

这些结果表明，交联的PcPBI-Nb-C型AEMs在AEMWEs和燃料电池方面有很大的应用潜力。

图8. (a) PcPBI-Nb-2.33， (b) PcPBI-Nb-C1 (c) PcPBI-Nb-C2在2m NaOH中处理不同时间后的FTIR光谱。(d)拟议的哌啶的降解机制。

图9. (a)基于PcPBI-Nb-2.33和PcPBI-Nb-C2 AEMWEs的极化曲线，(b)基于PcPBI-Nb-C2的AEMWEs在电流密度为150 mA/cm2的60℃下的耐久性测试。

【原文链接】

DOI: 10.1016/ j.jcis.2023.01.137.

https://doi.org/10.1016/j.jcis.2023.01.137.