作为离子交换膜和离子体的模型单体的四次性酸盐的结构稳定性相关性
Samuel D T Power1, Corinne Wills1, Casey M Dixon1
1Newcastle University Centre for Catalysis (NUCAT), School of Chemistry, Newcastle University, Bedson Building, Newcastle upon Tyne NE1 7RU, U.K.
在离子交换膜中四级酸的性稳定性是燃料电池的关键. 基连接的离子体比基连接的表现出优越的稳定性,为未来的材料设计提供了信息.
科学领域:
- 材料科学 材料科学 材料科学
- 电化学 电化学 电化学
- 聚合物化学 聚合物化学
背景情况:
- 阳离子交换膜 (AEM) 对燃料电池和电解剂等电化学设备至关重要.
- AEMs的长期性能受到四级 (QA) 离子的性稳定性的限制.
- 了解降解机制对于开发更持久的AEM至关重要.
研究的目的:
- 研究具有不同结合组 (N-与N-) 的QA的性稳定性.
- 阐明降解途径和影响性环境中的QA离子稳定性的因素.
- 确定结构稳定关系,以设计AEM的改进质量保证策略.
主要方法:
- 用N-和N-乙烯乙烯基与模型QA的合成.
- 在受控条件下 (例如NaOD度,温度) 进行比较性降解研究.
- 密度函数理论 (DFT) 计算以建模降解路径和离子稳定性.
主要成果:
- 与N-结合的QA离子表现出明显更高的性稳定性比N-同类.
- 3--3,6-diazaspiro[5.5]-undecane-6-ium (N--ASU) 阴离子表现出极好的稳定性 (半衰期>2500h在80°C).
- DFT研究揭示了氧化物溶解的关键作用,并表明单独的LUMO能量不是稳定性的唯一预测因素.
结论:
- 将质量保证组绑定到聚合物骨干的方法对AEM的稳定性产生了重大影响.
- 氧化溶解和水合水平是影响QA离子降解的关键因素.
- 这项研究提供了有价值的结构稳定性相关性,以指导为AEM应用程序设计下一代高度稳定的质量保证系统.
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