现代电化学能量转换装置需要更先进的质子导体才能实现其广泛的应用。膦酸酯化的聚合物已被提出作为燃料电池的无水质子导体。然而，膦酸官能团的酸酐形成降低了质子电导率，这阻止了膦化聚合物在燃料电池的应用。

有鉴于此，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室Yu Seung Kim和 德国斯图加特大学Jochen Kerres等人，报道了一种聚(2,3,5,6-四氟苯乙烯-4-膦酸)，它不发生酸酐的形成，因此200℃以上的质子电导率仍能保持。

本文要点

1）聚乙烯基膦酸在分子内部的主链和支链发生水合反应，脱去一个H₂O分子，形成氧原子的“桥”，从而形成新的单分子结构，然后该单分子结构和另外的同类结构再次发生反应，各自末端的羟基发生水合反应从而形成一个新的氧原子“桥”去链接两个单分子结构。

2）磷酸化聚五氟苯乙烯在<240°C时不会发生不利的酸酐形成，并且因此可以成功地整合到带有离子对膜的混合MEA中。

3）在燃料电池电极中使用膦酸酯化的聚合物，并在膜电极组件中使用离子对配位膜。在H₂/O₂条件下，这种协同集成的燃料电池在160°C下的峰值功率密度为1130 mW cm^-2，在240℃下为1740mw cm^-2，性能显著优于基于聚苯并咪唑和金属磷酸盐基燃料电池。

总之，该工作证明了在高温和干燥条件下在高性能燃料电池中应用磷酸化聚合物的途径。

参考文献：

Vladimir Atanasov et al. Synergistically integrated phosphonated poly(pentafluorostyrene) for fuel cells. Nat. Mater., 2020.

DOI: 10.1038/s41563-020-00841-z

https://doi.org/10.1038/s41563-020-00841-z