與質(zhì)子交換膜燃料電池相比，基于陰離子交換膜的堿性燃料電池具有可使用非貴金屬催化劑、電極反應(yīng)速率高等優(yōu)點(diǎn)，受到廣泛關(guān)注。目前，尚未開(kāi)發(fā)出一種與傳統(tǒng)質(zhì)子交換膜（如Nafion）相媲美的陰離子交換膜，這是由于基于有機(jī)陽(yáng)離子的陰離子交換膜的堿性穩(wěn)定性較差、陰離子傳導(dǎo)率較低。中國(guó)科學(xué)院山西煤炭化學(xué)研究所研究員李南文課題組采用高效的“點(diǎn)擊化學(xué)”合成方法，成功制備不同結(jié)構(gòu)的季銨鹽型陰離子交換膜（包括側(cè)鏈型、梳型、側(cè)鏈/梳型等），并系統(tǒng)研究陰離子交換膜材料的化學(xué)結(jié)構(gòu)、膜性能與燃料電池壽命之間的關(guān)系。研究表明，側(cè)鏈型陰離子交換膜具有較高的氫氧根離子電導(dǎo)率（38.7mS/cm，20 ºC）和堿性穩(wěn)定性（10 M NaOH，80 ºC，200小時(shí)），但其堿性燃料電池的壽命較短，這是由于膜材料中的側(cè)鏈型季銨鹽發(fā)生降解反應(yīng)；而堿性穩(wěn)定性差的芐基三甲胺季銨鹽陰離子交換膜的燃料電池壽命較長(zhǎng)，并在電池壽命測(cè)試前后，其化學(xué)結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生明顯變化。該研究為未來(lái)陰離子交換膜材料的設(shè)計(jì)和制備提供了重要的科學(xué)參考。相關(guān)研究成果發(fā)表在Energy & Environmental Science上。
 

 

 

　　近年來(lái)，李南文帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)利用高效的“點(diǎn)擊化學(xué)”反應(yīng)，在聚合物中定量的引入具有不同結(jié)構(gòu)的有機(jī)陽(yáng)離子基團(tuán)和其他功能基團(tuán)（如交聯(lián)基團(tuán)、誘導(dǎo)相分離基團(tuán)等），制備出性能優(yōu)異的陰離子交換膜材料。通過(guò)“點(diǎn)擊化學(xué)”反應(yīng)和烷基化反應(yīng)，得到1,2,3-三氮唑鹽陰離子交換材料，并利用模型化合物，研究1,2,3-三氮唑鹽陰離子交換膜的降解機(jī)理。通過(guò)定量的引入可交聯(lián)的疊氮基團(tuán)，采用熱交聯(lián)的方法，得到高電導(dǎo)率、低吸水率的交聯(lián)的陰離子交換膜材料，該方法有效抑制了膜在水中的溶脹。通過(guò)引入長(zhǎng)的輸水鏈段，得到具有親水-疏水相分離結(jié)構(gòu)的陰離子交換膜材料，有利于膜內(nèi)陰離子的傳輸，其室溫下氫氧根離子電導(dǎo)率達(dá)到50.9 mS/cm。

 

　　研究工作得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院百人計(jì)劃、山西省百人計(jì)劃、山西省青年面上基金項(xiàng)目的支持。