磷酸（PA）掺杂聚合物电解质膜是一种很有前景的燃料电池高温质子交换膜（HT-PEM）。虽然PA掺杂的聚苯并咪唑（PBI）被认为是一种成功的HT-PEM，但仍然存在一些问题，例如使用致癌单体、有机溶剂中溶解性差和PA易流失等。为开发更具性价比、易于合成和高性能的HT-PEM，本研究聚焦于合成含内酰胺结构且不含醚键的高性能质子交换膜材料。该聚合物膜是由靛红和三联苯（或联苯）在超强酸催化下合成，其侧链接枝缩水甘油基三甲基氯化铵（GTA），该开环反应是通过高效且环保的工艺合成，无需任何碱性催化剂，引入侧链GTA上的季铵基和羟基可形成有利于质子传导的微相分离结构，同时还能减少PA流失。与含三联苯单元的聚合物膜（PIT-GTA）相比，含联苯单元的聚合物膜（PIB-GTA）具有更优异的性能。例如PIB-GTA/218.5%PA膜在180℃下电导率高达0.103Scm^-1，室温下拉伸强度达6.6MPa。在没有加湿和背压情况下，PIB-GTA/218.5%PA膜的氢氧单电池160 °C时的峰值功率密度达632 mW cm^-2。本研究为高温质子交换膜燃料电池提供了一种合成GTA接枝的聚（靛红亚芳基）膜的策略和方法。

图1Graphic Abstract图文摘要

Fig. 1.(A) Mechanical stress-strain curves and (B) proton conductivities of PIB-GTA/PA and PIT-GTA/PA membranes.

图1.PIB-GTA/PA膜和PIT-GTA/PA膜的机械应力-应变曲线（A）和质子电导率（B）

Fig.2. (A) conductivity stability at 160◦C and (B) PA retention ratio at 80 ◦C and 40 % RH of PA doped various membranes.

图2 160°C的电导率稳定性(A)和80°C下40%相对湿度条件下不同磷酸掺杂膜的磷酸保留率(B)

本论文共同通讯为辽宁师范大学化学化工学院徐一鑫，发表于中国科学院工程技术大类一区TOP期刊Journal of Membrane Science，影响因子为8.4。该期刊专注于膜材料合成与表征、膜在能源和环境领域的应用等方面的原创研究。作为膜科学领域的权威期刊之一，Journal of Membrane Science具有重要的国际影响力。

论文信息：Synthesis of base-acid pair based poly(isatin arylene) membranes for HT-PEMFC applications

Meichen Zhang，Min Liu，Tingting Wang，Zhen Peng，Yixin Xu，Jingshuai Yang

DOI: 10.1016/j.memsci.2024.123202

文章链接：https://doi.org/10.1016/j.memsci.2024.123202