【科技】清华大学王保国课题组在Angew发文：在AEM膜内设计超稳定OH-通道提升电解水制氢性能

储能科学与技术2024-12-23

科学材料站文章信息在AEM膜内设计超稳定OH-通道提升电解水制氢性能第一作者：庞茂斌通讯作者：王保国*，徐子昂*单位：清华大学化工系科学材料站研究背景在阴离子交换膜（AEMs）中构建连续亲水传输通道，对于实现离子的快速迁移，以及提升电导率至关重要，应用于电化学过程中，可显著降低能耗。传统AEMs通常采用疏水性柔性主链与亲水性阳离子基团通过自组装形成离子通道。然而，通过自组装所形成的亲疏...

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HFM-AEMs的设计、制备与表征。(a)对三联苯、1,2-二苯乙烷和DMEA的单晶XRD；(b)不同芳香单体的键长d与键角θ的联合概率密度分布；(c)芳香单体结构对聚合物链延伸与堆叠方式的影响示意图；(d)HFM-AEMs的放大生产（宽幅0.3m）；(e-f) HFM-AEM-3的SEM图像；(g-h)HFM-AEMs的CO₂吸附曲线及孔径分布；(i)HFM-AEMs吸水率和体积溶胀率。图3. HFM-AEMs（OH-形式）内OH⁻/H₂O传递特性研究。(a)HFM-AEMs在D₂O中的1H NMR图谱，近自由态（左）和受限结合态（右）；(b) HFM-AEMs的低场核磁弛豫时间图谱；(c-e)HFM-AEMs的脉冲梯度场核磁（PFG-NMR）图谱；(f-g)不同温度下HFM-AEMs的OH⁻/H₂O自扩散系数及OH-电导率；(h)HFM-AEMs的OH⁻相对电导率（η = σ/IEC）与文献值对比。图4.模型分子及HFM-AEMs的稳定性测试。(a-b)模型分子的LUMO模拟值及实际降解曲线；(c) HFM-AEM-3耐碱稳定性测试。图5. 电解水制氢性能及对比。(a)基于HFM-AEMs的电解水制氢示意图；(b-c)HFM-AEM-3用于电解水制氢I-V曲线（1M KOH及纯水）；(d)HFM-AEM-3用于电解水制氢稳定性测试；(e-f)HFM-AEM-3用于电解水制氢的I-V曲线及稳定性与文献值对比。科学材料站总 结 与 展 望设计出一类无杂原子的刚性分子（HFMs），引入高分子主链后得到新型共聚物，进一步制成阴离子交换膜。由于膜中存在刚性、扭曲、无杂原子的微孔结构（HFMs）形成传递通道，提高OH-/H2O自扩散系数，实现OH-高速传递和高电导率。该HFMs的碳-碳共价键耐碱性强，用于AEM电解水制氢过程，电流密度达到（2A cm-2@1.8V），稳定运行超过3000小时，氢气纯度99.99%。该研究成果促进碱性环境中的电化学能源转化与化学品制备技术进步。科学材料站文 章 链 接Facilitating Rapid OH-/H2O Transport in Anion Exchange Membranes via Ultra-Stable Heteroatom-free Microporeshttps://doi.org/10.1002/anie.202418435科学材料站通 讯 作 者 简 介王保国：清华大学长聘教授、博士生导师，分别于1987年、1993年在清华大学获得化学工程学士、硕士学位，2000年在东京大学（日本）获得工学博士学位，2007-2008年在美国哈佛大学进行访问研究。长期从事膜分离和电化学工程的交叉领域研究，涵盖阴离子交换膜电解水制氢、全钒液流电池、锌/空气电池等；揭示电化学关键材料的构效关系，发展电化学能源转换与储能过程的材料、装备与基础理论。在国内外发表学术论文190余篇，学术报告220多次，申请和授权专利27项；主持和承担多项国家“863”、“973”、“重点研发计划”和国家自然科学基金等项目；现任北京膜学会副理事长兼秘书长、《储能科学与技术》编委会副主任、《膜科学与技术》副主编、中关村液流电池储能技术专委会副主任委员、能源行业液流电池标委会委员等职。邮发代号：80-732联系热线：010-64519601/9602/9643投稿网址：http://esst.cip.com.cn/CN/2095-4239/home.shtml\n\n\n海量资讯、精准解读，尽在新浪财经APP","kind":"news","is_publish_news":true,"is_publish_highlight":false,"is_publish_live":false,"is_publish_wemedia":null,"editions":null,"column":"","sentiment":"0","news_tag":"","news_rank":0,"symbols":[],"gpt_button":1,"need_auth":false,"code":"91000000","status":"200"},"commentList":[],"isCommentEnd":true,"newsSizeData":{"likeSize":0,"commentSize":0,"repostSize":0,"favoriteSize":0,"likeStatus":false,"favoriteStatus":false},"APP":{"userAgent":"Mozilla/5.0 AppleWebKit/537.36 (KHTML, like Gecko; compatible; ClaudeBot/1.0; +claudebot@anthropic.com)","isDev":false,"isTTM":false,"tenantId":"TBCN","deviceId":"web-server-community-laohu8-v3","version":"4.36.0","shortVersion":"4.36.0","platform":"web","vendor":"web","appName":"laohu8","isIOS":false,"isAndroid":false,"isTiger":false,"isTHS":false,"isWeiXin":false,"isWeiXinMini":false,"isWeiBo":false,"isQQ":false,"isBaiduSwan":false,"isBaiduBox":false,"isDingTalk":false,"isToutiao":false,"isOnePlus":false,"isHuaWei":false,"isXiaomi":false,"isXiaomiWebView":false,"isOppo":false,"isVivo":false,"isSamsung":false,"isMobile":false},"href":"/m/news/2493896167","isCrawlerRequest":true}