澳大孙国星/深大王雷：碳化MoF水凝胶，用于构建宽温量子互换膜

燃料电池 (PEMFC) 是燃料电池电动汽车应用中干净发电的有前程的装置。对高效和具有本钱竞争力的技能的进一步要求使得使用磷酸掺杂的聚苯并咪唑的高温质子互换膜受到青睐，由于它们可以在高达 180°C 的温度下正常事情而无需分外的加湿器。然而，它们在120°C以下面对磷酸的快速丧失并导致贸易化的限定。

澳门大学和深圳大学科研团队设计了一种宽温度范畴的 PEM，使用UiO-66衍生的碳（多孔碳-ZrO2）并入支链 OPBI（B）和PAM水凝胶自组装膜（BHC）。OPBI的分支布局有望进步PAM 水凝胶自组装膜的尺寸稳健性。UiO-66 被用作先驱体和模板，通过热碳化轻松制备多孔碳-ZrO2复合质料。这项事情代表了将多孔碳- ZrO2添加到 PA-PBI膜中以生产 PEM的初次实验，该复合膜具有以下长处：起首，多孔碳- ZrO2多孔质料具有匀称的孔径和大的外貌积，可汲取分外的PA以进步质子传导性。其次，多孔碳- ZrO2中的ZrO2作为一种功效身分，进步了膜的机器强度以及水和PA 的保存率。第三，通过将多孔碳- ZrO2浸入PA中，ZrO2转化为ZrP ；是以，复活成的ZrP有望进步膜的质子传导性。BHC膜具有优秀的电池性能，在80和 160°C下均具有265和656 mW cm-2的岑岭值功率密度。别的，该膜在频率冷启动（从室温到 80°C）和160°C下的恒久电池测试方面体现出高稳健性。膜的电池性能和稳健性的进步冲破现有PEMFCs体系操纵温度限定的希望。

图 1：a-d) UIO-66、多孔碳-ZrO2、C3 和 C4 的SEM 图像。e-h) UIO-66、多孔碳- ZrO2、C3 和 C4 的PXRD 图。

图 4：BHC1-4 膜的制备表示图。

图 6：a) 多孔碳-ZrO2、C3 和C4 样品的氮吸附-解吸等温线。b) 多孔碳- ZrO2、OPBI、B、BH、BHC2 和 PA 掺杂的 BHC2 的TGA 曲线。c) PA掺杂后OPBI、B、BH和BHC1-BHC4膜的应力-应变曲线。d) OPBI、B、BH 和 BHC1–BHC4 膜在芬顿试剂中的氧化稳健性。

相干论文以题为Construction of Stable Wide-Temperature-Range Proton Exchange Membranes by Incorporating a Carbonized Metal–Organic Frame into Polybenzimidazoles and Polyacrylamide Hydrogels颁发在《Small》上。通讯作者是澳门大学孙国星传授，深圳大学王雷传授。

参考文献：

doi.org/10.1002/smll.202103214