共價有機框架(COF) 因其高度有序的晶體多孔結構和可調節的功能而被認為是有前途的氫氧化物導電材料。然而，COFs框架上缺乏羥基傳導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。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，從而提高電導率。因此，所得到的IL-COF摻雜量為5 wt%的IL-COF/GPPO復合膜的氫氧化物電導率在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天其氫氧化物電導率仍保持在90.31%。與 IL 浸漬的 COF 復合膜 (IL@COF/GPPO) 相比，IL-COF/GPPO 膜具有優異的羥基電導率和長期穩定性，因為化學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 (CP/MAS) 固態 NMR 光譜。(c) COF 和 IL-COF 的XPS結合能峰。(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 復合膜，(c) IL-COF/GPPO-5 復合膜 (d) IL-COF/GPPO的膜橫截面的 SEM 圖像-7.5復合膜。插圖是相應膜的 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 復合膜、(d) IL-COF/GPPO-5 復合膜和(e) IL-COF/GPPO-7.5 復合膜的照片。
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) 膜的氫氧化物電導率。(c) 堿性穩定性測試后膜的氫氧化物電導率的剩余比率。
相關研究工作由天津大學ShaokunTang課題組于2022年在線發表于《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。
轉自《石墨烯研究》公眾號
