共價有機框架(COF) 因其高度有序的晶體多孔結(jié)構(gòu)和可調(diào)節(jié)的功能而被認為是有前途的氫氧化物導(dǎo)電材料。然而，COFs框架上缺乏羥基傳導(dǎo)官能團限制了它們在陰離子交換膜燃料電池（AEMFCs）中的進一步發(fā)展。目前主要采用浸漬離子液體（ILs）來解決這一問題，但在工作條件下仍面臨ILs泄漏的挑戰(zhàn)。在這里，我們報告了一種新型的 IL 功能化共價有機框架 (IL-COF)，它是通過將胍基 IL 接枝到 COF 的通道壁上而制備的。威廉姆森醚反應(yīng)再摻雜到胍基官能化聚(2,6-二甲基-1,4-苯醚)(GPPO)中制備IL-COF/GPPO復(fù)合膜。接枝到 COF納米通道中的離子液體充當膜中的“活性位點”，以提高氫氧根離子的遷移速率，從而提高電導(dǎo)率。因此，所得到的IL-COF摻雜量為5 wt%的IL-COF/GPPO復(fù)合膜的氫氧化物電導(dǎo)率在80℃水合條件下可達89.93 mS cm
-1，比原始的高61%。 GPPO膜。同時，堿處理后14天其氫氧化物電導(dǎo)率仍保持在90.31%。與 IL 浸漬的 COF 復(fù)合膜 (IL@COF/GPPO) 相比，IL-COF/GPPO 膜具有優(yōu)異的羥基電導(dǎo)率和長期穩(wěn)定性，因為化學(xué)接枝可以比浸漬更牢固地將 IL 固定在 COF 通道中。
Figure 1. (a) COF、(c) IL@COF 和 (e) IL-COF 的SEM 圖像。(b) COF、(d) IL@COF 和 (f) IL-COF 的 TEM 圖像。
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 和模擬 COF 的PXRD 圖。(b) COF、IL-COF和IL@COF的氮吸附-脫附等溫線。(c) COF、IL-COF 和 IL@COF 的孔徑分布。(d) 通過 NLDFT 分析方法得到的 IL-COF 的孔徑分布。
Figure 4. (a)單體Tab、Dha、COF、IL-COF 和 IL@COF的 FTIR 光譜。(b) IL-COF 的13 C 交叉極化魔角旋轉(zhuǎn) (CP/MAS) 固態(tài) NMR 光譜。(c) COF 和 IL-COF 的XPS結(jié)合能峰。(d) COF、IL-COF和IL@COF在N
2氣氛下以5℃ min
-1的加熱速率的TGA曲線。
Figure 5. (a) GPPO原始膜，(b) IL-COF/GPPO-2.5 復(fù)合膜，(c) IL-COF/GPPO-5 復(fù)合膜 (d) IL-COF/GPPO的膜橫截面的 SEM 圖像-7.5復(fù)合膜。插圖是相應(yīng)膜的 TEM 圖像。
Figure 6. (a) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 的 FTIR 光譜。(b) GPPO 原始膜、(c) IL-COF/GPPO-2.5 復(fù)合膜、(d) IL-COF/GPPO-5 復(fù)合膜和(e) IL-COF/GPPO-7.5 復(fù)合膜的照片。
Figure 7. (a) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 的 TGA 曲線。(b) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 的機械性能。(c) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 在 30℃時的吸水率和溶脹率。
Figure 8. (a) GPPO 和 IL-COF/GPPO-X 的IEC值。(b) 膜的氫氧化物電導(dǎo)率。(c) 堿性穩(wěn)定性測試后膜的氫氧化物電導(dǎo)率的剩余比率。
相關(guān)研究工作由天津大學(xué)ShaokunTang課題組于2022年在線發(fā)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。
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號
