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07
2026
-
04
CEJ ：芳基烷基醚改性聚三联苯哌啶鎓膜，破解阴离子交换膜水电解性能瓶颈
作者：
第一作者：赵文哲
通讯作者：杨景帅*，赵云*
单位：东北大学，中国科学院大连化学物理研究所
研究背景
在“双碳”战略下，绿色氢能作为零碳能源体系的核心载体，其规模化制备技术成为全球科研攻关焦点。阴离子交换膜水电解（AEMWE）凭借非贵金属催化剂兼容特性，突破了质子交换膜水电解（PEMWE）对铂族金属的依赖，成为降低氢能生产成本的关键路径。然而，AEMWE技术的商业化进程受限于核心组件 —— 阴离子交换膜（AEM）的性能瓶颈：强碱性、高温工况下，膜材料的离子电导率、机械稳健性与碱性耐久性三者难以协同优化，成为制约电解槽长周期高运行的“卡脖子”难题。
聚三联苯哌啶鎓（QPTP）因全碳主链结构展现出的碱性稳定性，已成为 AEM 领域的基准材料，但刚性主链导致的离子传输效率不足、高离子交换容量（IEC）下的尺寸溶胀失控等问题，仍需通过分子工程策略破解。传统改性方法多聚焦单一性能提升，往往导致“顾此失彼”，如何通过主链结构调控实现多性能协同优化，成为该领域的核心科学挑战。
文章简介
近日，东北大学杨景帅副教授团队与中国科学院大连化学物理研究所赵云研究员团队联合，在国际期刊《Chemical Engineering Journal》（IF=13.2）发表突破性研究成果。该团队创新性地提出“主链共聚-功能单元协同” 的分子设计策略，通过将柔性芳基烷基醚（DPOE）与 π- 共轭丁二烯（DPBD）单元嵌入 QPTP 骨架，构建了兼具完善微相分离结构与动态氢键网络的共聚物膜，成功实现离子电导率、机械强度与碱性稳定性的同步跃升。
其中，优化制备的QPTP-DPOE-20膜表现出里程碑式的综合性能：80℃下Cl⁻电导率高达131.6 mS cm⁻¹，较纯QPTP膜提升 70%；室温拉伸强度达17.5 MPa，断裂伸长率提升至12.8%；在80℃、1 M KOH 严苛环境中浸泡1340 h后，聚合物主链与功能基团无明显降解，电导率保持率接近100%；搭载无铂族金属（PGM-free）电极的AEMWE电解槽，在80℃、1.8 V条件下电流密度达1.76 A cm⁻²，1000 mA cm⁻² 恒流工况下稳定运行884 h无明显电压衰减，性能指标跻身国际前列。该研究为高性能 AEM 的分子设计提供了全新范式，有力推动了 AEMWE 技术的实用化进程。
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/Mu0f0bstgzCaRQmpUdMKwA
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