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天津大学ShaokunTang课题组--基于离子液体接枝共价有机骨架的燃料电池阴离子交换复合膜
       共价有机框架(COF) 因其高度有序的晶体多孔结构和可调节的功能而被认为是有前途的氢氧化物导电材料。然而,COFs框架上缺乏羟基传导官能团限制了它们在阴离子交换膜燃料电池(AEMFCs)中的进一步发展。目前主要采用浸渍离子液体(ILs)来解决这一问题,但在工作条件下仍面临ILs泄漏的挑战。在这里,我们报告了一种新型的 IL 功能化共价有机框架 (IL-COF),它是通过将胍基 IL 接枝到 COF 的通道壁上而制备的。威廉姆森醚反应再掺杂到胍基官能化聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(GPPO)中制备IL-COF/GPPO复合膜。接枝到 COF纳米通道中的离子液体充当膜中的“活性位点”,以提高氢氧根离子的迁移速率,从而提高电导率。因此,所得到的IL-COF掺杂量为5 wt%的IL-COF/GPPO复合膜的氢氧化物电导率在80℃水合条件下可达89.93 mS cm-1,比原始的高61%。 GPPO膜。同时,碱处理后14天其氢氧化物电导率仍保持在90.31%。与 IL 浸渍的 COF 复合膜 (IL@COF/GPPO) 相比,IL-COF/GPPO 膜具有优异的羟基电导率和长期稳定性,因为化学接枝可以比浸渍更牢固地将 IL 固定在 COF 通道中。
 
Figure 1. (a) COF、(c) IL@COF 和 (e) IL-COF 的SEM 图像。(b) COF、(d) IL@COF 和 (f) IL-COF 的 TEM 图像。
  Figure 2. (a) IL-COF 的 EDS 映射和 (b) 碳、(c) 氮、(d) 氧和 (e)溴的元素分布。 
 
Figure 3. (a)合成后的 COF、IL-COF、IL@COF 和模拟 COF 的PXRD 图。(b) COF、IL-COF和IL@COF的氮吸附-脱附等温线。(c) COF、IL-COF 和 IL@COF 的孔径分布。(d) 通过 NLDFT 分析方法得到的 IL-COF 的孔径分布。 
 
Figure 4. (a)单体Tab、Dha、COF、IL-COF 和 IL@COF的 FTIR 光谱。(b) IL-COF 的13 C 交叉极化魔角旋转 (CP/MAS) 固态 NMR 光谱。(c) COF 和 IL-COF 的XPS结合能峰。(d) COF、IL-COF和IL@COF在N 2气氛下以5℃ min-1的加热速率的TGA曲线。
 
Figure 5. (a) GPPO原始膜,(b) IL-COF/GPPO-2.5 复合膜,(c) IL-COF/GPPO-5 复合膜 (d) IL-COF/GPPO的膜横截面的 SEM 图像-7.5复合膜。插图是相应膜的 TEM 图像。
 
Figure 6. (a) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 的 FTIR 光谱。(b) GPPO 原始膜、(c) IL-COF/GPPO-2.5 复合膜、(d) IL-COF/GPPO-5 复合膜和(e) IL-COF/GPPO-7.5 复合膜的照片。
 
Figure 7. (a) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 的 TGA 曲线。(b) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 的机械性能。(c) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 在 30℃时的吸水率和溶胀率。
 
Figure 8. (a) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 的IEC值。(b) 膜的氢氧化物电导率。(c) 碱性稳定性测试后膜的氢氧化物电导率的剩余比率。
  
      相关研究工作由天津大学ShaokunTang课题组于2022年在线发表于《International Journal of Hydrogen Energy》期刊上,原文:Anion exchange composite membrane based on ionic liquid-grafted covalent organic framework for fuel cells。

转自《石墨烯研究》公众号
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