Nat Mater：聚合物阴离子交换膜中水分子、羟基阴离子、聚合物之间的相互作用

纳米技术

2022-03-24

半透膜聚合物阴离子交换膜是分离、过滤、能量转换技术（通过盐度梯度变化的反向电渗析系统）、燃料电池、水电解系统制氢等技术体系中基础组成部分。阴离子交换膜燃料电池、阴离子交换膜电解水器件通过膜实现OH^-在阴极和阳极之间传输，该过程包括其与H₂O分子之间的相互作用、形成多聚体的动力学过程，理解和控制弛豫和扩散过程中的相互作用是膜设计的科学和关键挑战。

有鉴于此，格勒诺布尔-阿尔卑斯大学Sandrine Lyonnard、伦敦大学学院Fabrizia Foglia等报道通过准弹性中子散射表征技术，在较宽的时间尺度（10⁰~10³ ps）对市售阴离子交换膜（Fumatech FAD-55）在各种应用场景中水分子、聚合状态的水弛豫、OH^-扩散动力学进行研究。

本文要点：

（1）

Fumatech FAD-55具有较高的电子阻力、较低的离子阻力，能够在达到pH 9的碱性环境中稳定存在。作者对Br^-、OH/OD^-、Cl^-状态的FAD-55表征QENS数据，在较宽的温度区间和水化区间内使用多种中子散射光谱进行不同时间尺度的数据表征，研究聚合物-水相互作用、OH^-导电性机理。

（2）

通过一系列方法将数据中关于弛豫和扩散对应的部分进行分析，此外通过实验室自制的应用于燃料电池的阴离子交换膜进行实验，得到的相关数据进行分析。

参考文献

Foglia, F., Berrod, Q., Clancy, A.J. et al. Disentangling water, ion and polymer dynamics in an anion exchange membrane. Nat. Mater. (2022)

DOI: 10.1038/s41563-022-01197-2

https://www.nature.com/articles/s41563-022-01197-2